محققان MIT راه جدیدی برای تقویت سیگنال های کوانتومی در عین کاهش نویز ابداع کردند

به دلیل شکنندگی و حساسیت کیوبیت ها در یک کامپیوتر کوانتومی، محیطی سر و صدا یک عامل کلیدی در حفظ یکپارچگی کل سیستم است. از آنجا که این نویز می تواند بر تجزیه و تحلیل و خواندن توسط یک کامپیوتر کوانتومی تأثیر بگذارد، مهندسان و دانشمندان در سراسر جهان در تلاش هستند تا راه هایی برای کاهش این نویز و در عین حال حفظ سطوح فعلی ارتباط بین کیوبیت ها بیابند. اخیر تحقیق از جانب MIT یک روش جدید احتمالی برای کنترل نویز در حین تقویت سیگنال‌های کوانتومی با استفاده از فرآیندی به نام پیشنهاد می‌کند فشردن. با نتایج آنها منتشر شده در فیزیک طبیعت, محققان امیدوارند که بتوان از فشردن در ایجاد اجزای قوی تر برای یک کامپیوتر کوانتومی استفاده کرد.

املای Squeezing

به گفته نویسنده اول و دانشجوی کارشناسی ارشد MIT جک کیوفشردن با توزیع مجدد نویز محیطی از یک متغیر به متغیر دیگر کار می کند، به طوری که مقدار کل نویز یکسان است، فقط در یک پارامتر کمتر است. همانطور که کیو توضیح داد: «یک ویژگی کوانتومی معروف به اصل عدم قطعیت هایزنبرگ نیاز به حداقل مقدار نویز دارد که در طول فرآیند تقویت اضافه شود، که منجر به به اصطلاح «حد کوانتومی استاندارد» نویز پس‌زمینه می‌شود. با این حال، دستگاه خاصی به نام a جوزفسون تقویت‌کننده پارامتریک می‌تواند نویز اضافه‌شده را با «فشرده کردن» آن به زیر حد اصلی با توزیع مجدد آن در جای دیگر کاهش دهد.

این توزیع مجدد به ویژه زمانی مفید است که محققان بر روی یک پارامتر خاص در سیستم متمرکز شوند. کیو افزود: «اطلاعات کوانتومی در متغیرهای مزدوج، به عنوان مثال، دامنه و فاز امواج الکترومغناطیسی نشان داده می شود. با این حال، در بسیاری از موارد، محققان برای تعیین وضعیت کوانتومی سیستم تنها به اندازه‌گیری یکی از این متغیرها – دامنه یا فاز – نیاز دارند. در این موارد، آن‌ها می‌توانند نویز را فشرده کنند: آن را برای یک متغیر، مثلا دامنه، پایین بیاورند، در حالی که آن را برای فاز دیگر، در این مورد، افزایش دهند. مقدار کل نویز به دلیل اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ثابت می ماند. با این حال، توزیع آن را می توان به گونه ای شکل داد که اندازه گیری نویز کمتری روی یکی از متغیرها امکان پذیر باشد.

اجرای فشرده سازی در سیستم و تقویت سیگنال های کوانتومی

کیو و تیمش در آزمایش خود بر روی استفاده از نوع جدیدی از دستگاه برای شروع فشردن تمرکز کردند. کیو اظهار داشت: «در این کار، ما نوع جدیدی از تقویت‌کننده پارامتریک موج سفر جوزفسون (JTWPA) با مهندسی پراکندگی را معرفی می‌کنیم که برای فشردن طراحی شده است. این دستگاه شامل بسیاری از اتصالات جوزفسون [اتصالات حاوی جریان‌های ابررسانا] به‌صورت سری و رزوناتورهای منطبق فاز با بارگذاری دوره‌ای برای پشتیبانی از عملکرد پمپ دوگانه است.» با استفاده از این دستگاه، محققان می‌توانند کل سیستم خود را تنظیم کنند و به فوتون‌ها اجازه می‌دهند تا سیگنال‌های کوانتومی قوی‌تر و تقویت‌شده‌تری را ترکیب کنند. نتایجی که آنها با این دستگاه جدید و راه اندازی آزمایشی پیدا کردند هیجان انگیز بود. کیو توضیح داد: «این معماری [سیگنال‌های کوانتومی] را قادر می‌سازد تا در حالی که با پهنای باند تقویتی 10 گیگاهرتز کار می‌کنند، توان نویز را 3.5 برابر کمتر از حد کوانتومی اصلی کاهش دهند.» این محدوده فرکانس تقریباً دو مرتبه بزرگتر از دستگاه های قبلی است. دستگاه ما همچنین تولید پهنای باند جفت فوتون های درهم تنیده را نشان می دهد که می تواند محققان را قادر سازد تا اطلاعات کوانتومی را با نسبت سیگنال به نویز بسیار بالاتر بخوانند.

از آنجایی که توسعه فعلی رایانه‌های کوانتومی در حال بهبود سیگنال‌های کوانتومی بین کیوبیت‌ها و در عین حال کاهش نویز محیطی است، نتایج این آزمایش می‌تواند حائز اهمیت باشد. از آنجایی که کیو و تیمش به تحقیق در مورد این فرآیند ادامه می‌دهند، امیدوارند که کارشان بتواند بر دیگران در صنعت کوانتومی تأثیر بگذارد. همانطور که کیو گفت: «اگر آن را در سیستم‌های کوانتومی دیگر اعمال کنید، پتانسیل فوق‌العاده‌ای دارد - برای ارتباط با یک سیستم کیوبیت برای افزایش بازخوانی، یا درهم‌تنیدگی کیوبیت‌ها، یا گسترش محدوده فرکانس کاری دستگاه برای استفاده در تشخیص ماده تاریک و بهبود آن. کارایی تشخیص آن.»

کنا هیوز-کستلبری نویسنده کارکنان Inside Quantum Technology و ارتباط دهنده علوم در JILA (شرکتی بین دانشگاه کلرادو بولدر و NIST) است. ضربات نویسندگی او شامل فناوری عمیق، متاورس و فناوری کوانتومی است.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/