MIT-tutkijat kehittävät uuden tavan vahvistaa kvanttisignaaleja ja vähentää samalla melua

Kvanttitietokoneen kubittien haurauden ja herkkyyden vuoksi ympäristö melu on avaintekijä koko järjestelmän eheyden ylläpitämisessä. Koska tämä kohina voi vaikuttaa kvanttitietokoneen analyysiin ja lukemaan, insinöörit ja tutkijat ympäri maailmaa yrittävät löytää tapoja vähentää tätä melua säilyttäen samalla nykyiset kubittien väliset viestintätasot. Viimeaikaiset tutkimus alkaen MIT ehdottaa mahdollista uutta menetelmää kohinan hallintaan samalla kun kvanttisignaaleja tehostetaan käyttämällä prosessia, joka tunnetaan nimellä puristaminen. Niiden tulosten kanssa, jotka on julkaistu vuonna Luontofysiikka, Tutkijat toivovat, että puristamista voidaan hyödyntää kvanttitietokoneen järeämpien komponenttien luomisessa.

Puristamisen kirjoittaminen

Ensimmäisen kirjoittajan ja MIT:n jatko-opiskelijan mukaan Jack Qiu, puristaminen toimii jakamalla ympäristömelun yhdestä muuttujasta eri muuttujaan niin, että melun kokonaismäärä on sama, se on vain vähemmän yhdellä parametrilla. Kuten Qiu selitti edelleen: "Heisenbergin epävarmuusperiaatteena tunnettu kvanttiominaisuus vaatii vähimmäismäärän lisäämistä kohinaa vahvistusprosessin aikana, mikä johtaa taustamelun niin sanottuun "standardin kvanttirajaan". Kuitenkin erityinen laite nimeltä a Josephson Parametrinen vahvistin voi vähentää lisättyä kohinaa "puristamalla" sen perusrajan alapuolelle jakamalla sen tehokkaasti muualle."

Tämä uudelleenjako on erityisen hyödyllinen, kun tutkijat keskittyvät yhteen tiettyyn parametriin järjestelmässä. "Kvanttiinformaatio on edustettuna konjugaattimuuttujissa, esimerkiksi sähkömagneettisten aaltojen amplitudissa ja vaiheessa", Qiu lisäsi. "Monissa tapauksissa tutkijoiden tarvitsee kuitenkin mitata vain yksi näistä muuttujista - amplitudi tai vaihe - määrittääkseen järjestelmän kvanttitilan. Näissä tapauksissa ne voivat "puristaa kohinaa" alentaa sitä yhden muuttujan, esimerkiksi amplitudin, osalta, kun taas nostaa sitä toisen, tässä tapauksessa, vaiheen osalta. Melun kokonaismäärä pysyy samana Heisenbergin epävarmuusperiaatteen ansiosta. Silti sen jakaumaa voidaan muotoilla niin, että jollakin muuttujasta on mahdollista tehdä vähemmän meluisia mittauksia."

Puristamisen toteuttaminen järjestelmässä ja kvanttisignaalien tehostaminen

Kokeessaan Qiu ja hänen tiiminsä keskittyivät käyttämään uudentyyppistä laitetta puristamisen aloittamiseen. "Tässä työssä esittelemme uudentyyppisen dispersio-suunnitellun Josephson-matkaaallon parametrisen vahvistimen (JTWPA), joka on suunniteltu puristamiseen", Qiu sanoi. "Laite sisältää useita sarjassa olevia Josephson-liitoksia [suprajohtavia virtoja sisältäviä liitoksia] ja jaksottaisesti kuormitettuja vaihesovitusresonaattoreita tukemaan kaksoispumpputoimintoa." Tällä laitteella tutkijat pystyivät hienosäätämään koko järjestelmäänsä, jolloin fotonit voivat yhdistyä vahvemmiksi ja vahvistetuiksi kvanttisignaaleiksi. Heidän tämän uuden laitteen ja kokeellisen asennuksen tulokset olivat jännittäviä. "Tämä arkkitehtuuri mahdollisti [kvanttisignaalien] vähentämään kohinatehoa kertoimella 10 peruskvanttirajan alapuolelle toimiessaan 3.5 gigahertsin vahvistuskaistanleveydellä", Qiu selitti. ”Tämä taajuusalue on lähes kaksi suuruusluokkaa suurempi kuin aikaisemmat laitteet. Laitteemme demonstroi myös kietoutuneiden fotoniparien laajakaistagenerointia, mikä voisi auttaa tutkijoita lukemaan kvanttitietoa tehokkaammin paljon korkeammalla signaali-kohinasuhteella.

Koska kvanttitietokoneiden nykyinen kehitystyö pyrkii parantamaan kvanttisignaaleja kubittien välillä ja samalla vähentämään ympäristömelua, tämän kokeen tulokset voivat olla tärkeitä. Kun Qiu ja hänen tiiminsä jatkavat tämän prosessin tutkimista, he toivovat, että heidän työnsä voi vaikuttaa muihin kvanttiteollisuuden toimijoihin. Kuten Qiu sanoi: "Sillä on valtava potentiaali, jos käytät sitä muissa kvanttijärjestelmissä - liitäntään kubittijärjestelmään lukeman parantamiseksi tai kubittien sotkemiseksi tai laitteen toimintataajuusalueen laajentamiseksi pimeän aineen havaitsemiseen ja parantamiseen. sen havaitsemistehokkuus."

Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technologyn ja JILAn Science Communicatorin (kumppanuus Colorado Boulderin yliopiston ja NISTin välillä) kirjoittaja. Hänen kirjoitustyylinsä sisältävät syväteknologiaa, metaversumia ja kvanttitekniikkaa.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/