Ερευνητές του MIT αναπτύσσουν νέο τρόπο για την ενίσχυση των κβαντικών σημάτων με ταυτόχρονη μείωση του θορύβου

Λόγω της ευθραυστότητας και της ευαισθησίας των qubits σε έναν κβαντικό υπολογιστή, περιβαλλοντικά θόρυβος αποτελεί βασικό παράγοντα για τη διατήρηση της ακεραιότητας ολόκληρου του συστήματος. Επειδή αυτός ο θόρυβος μπορεί να επηρεάσει την ανάλυση και την ανάγνωση από έναν κβαντικό υπολογιστή, μηχανικοί και επιστήμονες σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να βρουν τρόπους να μειώσουν αυτόν τον θόρυβο διατηρώντας τα τρέχοντα επίπεδα επικοινωνίας μεταξύ των qubits. Πρόσφατος έρευνα από MIT προτείνει μια πιθανή νέα μέθοδο ελέγχου του θορύβου ενισχύοντας τα κβαντικά σήματα χρησιμοποιώντας μια διαδικασία γνωστή ως πίεση. Με τα αποτελέσματά τους που δημοσιεύτηκαν στο Φυσική της Φύσης, Οι ερευνητές ελπίζουν ότι η συμπίεση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία πιο ισχυρών εξαρτημάτων για έναν κβαντικό υπολογιστή.

Ορθογραφία Squeezing

Σύμφωνα με τον πρώτο συγγραφέα και μεταπτυχιακό φοιτητή του MIT Τζακ Κιου, η συμπίεση λειτουργεί ανακατανέμοντας τον περιβαλλοντικό θόρυβο από μια μεταβλητή σε μια διαφορετική μεταβλητή, έτσι ώστε η συνολική ποσότητα θορύβου να είναι η ίδια, να είναι απλώς μικρότερη σε μια παράμετρο. Όπως εξήγησε περαιτέρω ο Qiu: «Μια κβαντική ιδιότητα γνωστή ως Αρχή Αβεβαιότητας του Heisenberg απαιτεί να προστεθεί μια ελάχιστη ποσότητα θορύβου κατά τη διαδικασία ενίσχυσης, οδηγώντας στο λεγόμενο «τυπικό κβαντικό όριο» του θορύβου περιβάλλοντος. Ωστόσο, μια ειδική συσκευή που ονομάζεται α Τζόζεφσον Ο παραμετρικός ενισχυτής μπορεί να μειώσει τον προστιθέμενο θόρυβο «συμπιέζοντάς τον» κάτω από το θεμελιώδες όριο, αναδιανέμοντάς τον αποτελεσματικά αλλού».

Αυτή η ανακατανομή είναι ιδιαίτερα χρήσιμη όταν οι ερευνητές εστιάζουν σε μια συγκεκριμένη παράμετρο στο σύστημα. «Οι κβαντικές πληροφορίες αντιπροσωπεύονται στις συζευγμένες μεταβλητές, για παράδειγμα, το πλάτος και η φάση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων», πρόσθεσε ο Qiu. «Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις, οι ερευνητές χρειάζεται μόνο να μετρήσουν μία από αυτές τις μεταβλητές - το πλάτος ή τη φάση - για να προσδιορίσουν την κβαντική κατάσταση του συστήματος. Σε αυτές τις περιπτώσεις, μπορούν να «συμπιέσουν τον θόρυβο:» χαμηλώνοντάς τον για μια μεταβλητή, ας πούμε το πλάτος, ενώ τον αυξάνουν για την άλλη, σε αυτήν την περίπτωση, φάση. Η συνολική ποσότητα θορύβου παραμένει η ίδια λόγω της Αρχής Αβεβαιότητας του Heisenberg. Ωστόσο, η κατανομή του μπορεί να διαμορφωθεί έτσι ώστε να είναι δυνατές λιγότερο θορυβώδεις μετρήσεις σε μία από τις μεταβλητές.»

Εφαρμογή συμπίεσης στο σύστημα και ενίσχυση κβαντικών σημάτων

Στο πείραμά τους, ο Qiu και η ομάδα του επικεντρώθηκαν στη χρήση ενός νέου τύπου συσκευής για την έναρξη της συμπίεσης. «Σε αυτή την εργασία, εισάγουμε έναν νέο τύπο παραμετρικού ενισχυτή ταξιδιωτικού κύματος Josephson (JTWPA) που έχει σχεδιαστεί με διασπορά, σχεδιασμένο για συμπίεση», δήλωσε ο Qiu. «Η συσκευή περιλαμβάνει πολλές διασταυρώσεις Josephson [διασταυρώσεις που περιέχουν υπεραγώγιμα ρεύματα] σε σειρά και περιοδικά φορτωμένους συντονιστές ταιριάσματος φάσης για υποστήριξη λειτουργίας διπλής αντλίας». Με αυτή τη συσκευή, οι ερευνητές θα μπορούσαν να ρυθμίσουν με ακρίβεια ολόκληρο το σύστημά τους, επιτρέποντας στα φωτόνια να συνδυαστούν σε ισχυρότερα και πιο ενισχυμένα κβαντικά σήματα. Τα αποτελέσματα που βρήκαν με αυτή τη νέα συσκευή και την πειραματική εγκατάσταση ήταν συναρπαστικά. «Αυτή η αρχιτεκτονική επέτρεψε [τα κβαντικά σήματα] να μειώσουν την ισχύ του θορύβου κατά έναν παράγοντα 10 κάτω από το θεμελιώδες κβαντικό όριο ενώ λειτουργούσε με 3.5 gigahertz εύρος ζώνης ενίσχυσης», εξήγησε ο Qiu. «Αυτό το εύρος συχνοτήτων είναι σχεδόν δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερο από προηγούμενες συσκευές. Η συσκευή μας επιδεικνύει επίσης ευρυζωνική παραγωγή μπερδεμένων ζευγών φωτονίων, τα οποία θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους ερευνητές να διαβάζουν κβαντικές πληροφορίες πιο αποτελεσματικά με πολύ υψηλότερο λόγο σήματος προς θόρυβο».

Επειδή η τρέχουσα ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστών εργάζεται για τη βελτίωση των κβαντικών σημάτων μεταξύ των qubits μειώνοντας παράλληλα τον περιβαλλοντικό θόρυβο, τα αποτελέσματα από αυτό το πείραμα θα μπορούσαν να είναι σημαντικά. Καθώς ο Qiu και η ομάδα του συνεχίζουν να ερευνούν αυτή τη διαδικασία, ελπίζουν ότι η δουλειά τους μπορεί να επηρεάσει άλλους στην κβαντική βιομηχανία. Όπως είπε ο Qiu: «Έχει τεράστιες δυνατότητες εάν το εφαρμόσετε σε άλλα κβαντικά συστήματα - για διασύνδεση με ένα σύστημα qubit για βελτίωση της ανάγνωσης ή για εμπλοκή qubits ή επέκταση του εύρους συχνοτήτων λειτουργίας της συσκευής για χρήση στην ανίχνευση σκοτεινής ύλης και βελτίωση την αποτελεσματικότητά του ανίχνευσης».

Ο Kenna Hughes-Castleberry είναι συγγραφέας προσωπικού στο Inside Quantum Technology και Επιστήμονας Επικοινωνίας στο JILA (μια συνεργασία μεταξύ του Πανεπιστημίου του Κολοράντο Boulder και του NIST). Τα συγγραφικά της beats περιλαμβάνουν τη βαθιά τεχνολογία, το μετασύμπαν και την κβαντική τεχνολογία.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/