يطور باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة جديدة لتضخيم الإشارات الكمية مع تقليل الضوضاء

بسبب هشاشة وحساسية الكيوبتات داخل الكمبيوتر الكمومي والبيئي ضجيج هو عامل رئيسي في الحفاظ على سلامة النظام بأكمله. نظرًا لأن هذه الضوضاء يمكن أن تؤثر على التحليل والقراءة بواسطة الكمبيوتر الكمومي ، يحاول المهندسون والعلماء في جميع أنحاء العالم إيجاد طرق لخفض هذه الضوضاء مع الحفاظ على المستويات الحالية للتواصل بين الكيوبتات. مؤخرًا بحث تبدأ من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يقترح طريقة جديدة محتملة للتحكم في الضوضاء مع تعزيز الإشارات الكمومية باستخدام عملية تعرف باسم ضاغط. مع نشر نتائجهم في فيزياء الطبيعة, يأمل الباحثون في إمكانية استخدام الضغط في إنشاء مكونات أكثر قوة لجهاز كمبيوتر كمي.

تهجئة الضغط

وفقًا للمؤلف الأول وطالب الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا جاك كيو، يعمل الضغط عن طريق إعادة توزيع الضوضاء البيئية من متغير واحد إلى متغير مختلف ، بحيث يكون المقدار الإجمالي للضوضاء هو نفسه ، فهو أقل بقليل في معلمة واحدة. كما أوضح Qiu أيضًا: "تتطلب الخاصية الكمية المعروفة باسم مبدأ عدم اليقين Heisenberg إضافة حد أدنى من الضوضاء أثناء عملية التضخيم ، مما يؤدي إلى ما يسمى بـ" الحد الكمي القياسي "للضوضاء الخلفية. ومع ذلك ، هناك جهاز خاص يسمى أ جوزيفسون يمكن للمضخم البارامترى تقليل الضوضاء المضافة عن طريق "الضغط" عليها دون الحد الأساسي من خلال إعادة توزيعها بشكل فعال في مكان آخر ".

إعادة التوزيع هذه مفيدة بشكل خاص عندما يركز الباحثون على معيار واحد محدد في النظام. وأضاف تشيو: "يتم تمثيل المعلومات الكمية في المتغيرات المقترنة ، على سبيل المثال ، سعة ومرحلة الموجات الكهرومغناطيسية". "ومع ذلك ، في كثير من الحالات ، يحتاج الباحثون فقط إلى قياس واحد من هذه المتغيرات - السعة أو المرحلة - لتحديد الحالة الكمومية للنظام. في هذه الحالات ، يمكنهم "ضغط الضوضاء": خفضها لمتغير واحد ، على سبيل المثال السعة ، مع رفعها للمتغير الآخر ، في هذه الحالة ، المرحلة. يظل المقدار الإجمالي للضوضاء كما هو بسبب مبدأ عدم اليقين في Heisenberg. ومع ذلك ، يمكن تشكيل توزيعه بحيث تكون القياسات الأقل ضوضاء ممكنة على أحد المتغيرات ".

تنفيذ الضغط في النظام وتعزيز الإشارات الكمومية

في تجربتهم ، ركز Qiu وفريقه على استخدام نوع جديد من الأجهزة لبدء الضغط. صرح Qiu قائلاً: "في هذا العمل ، نقدم نوعًا جديدًا من مضخم الموجة المتنقلة جوزيفسون المصمم هندسيًا للتشتت (JTWPA) المصمم للضغط". "يشتمل الجهاز على العديد من تقاطعات جوزيفسون [الوصلات التي تحتوي على تيارات فائقة التوصيل] في سلسلة ومرنانات مطابقة طور يتم تحميلها دوريًا لدعم عملية المضخة المزدوجة." باستخدام هذا الجهاز ، يمكن للباحثين ضبط نظامهم بالكامل ، مما يسمح للفوتونات بالاندماج في إشارات كمومية أقوى وأكثر تضخيمًا. كانت النتائج التي توصلوا إليها مع هذا الجهاز الجديد والإعداد التجريبي مثيرة. أوضح Qiu أن "هذه البنية مكنت [الإشارات الكمومية] من تقليل قدرة الضوضاء بعامل 10 أقل من الحد الكمي الأساسي أثناء التشغيل مع عرض نطاق تضخيم يبلغ 3.5 جيجا هرتز". "نطاق التردد هذا أعلى مرتين تقريبًا من الأجهزة السابقة. يوضح جهازنا أيضًا توليد النطاق العريض لأزواج الفوتونات المتشابكة ، والتي يمكن أن تمكن الباحثين من قراءة المعلومات الكمومية بكفاءة أكبر مع نسبة إشارة إلى ضوضاء أعلى بكثير ".

نظرًا لأن التطوير الحالي لأجهزة الكمبيوتر الكمومية يعمل على تحسين الإشارات الكمية بين الكيوبتات مع تقليل الضوضاء البيئية ، فقد تكون نتائج هذه التجربة ذات أهمية. بينما يواصل Qiu وفريقه البحث في هذه العملية ، يأملون في أن يؤثر عملهم على الآخرين في صناعة الكم. كما قال Qiu: "لديه إمكانات هائلة إذا قمت بتطبيقه على أنظمة كمومية أخرى - للتفاعل مع نظام كيوبت لتحسين القراءة ، أو لتشابك الكيوبتات ، أو توسيع نطاق تردد تشغيل الجهاز لاستخدامه في اكتشاف المادة المظلمة وتحسينها. كفاءته في الكشف ".

كينا هيوز-كاسلبيري هي كاتبة في Inside Quantum Technology و Science Communicator في JILA (شراكة بين جامعة كولورادو بولدر و NIST). تشمل إيقاعات كتابتها التكنولوجيا العميقة ، والميتافيرس ، والتكنولوجيا الكمومية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/