Peneliti MIT Mengembangkan Cara Baru untuk Memperkuat Sinyal Kuantum Sambil Mengurangi Kebisingan

Karena kerapuhan dan kepekaan qubit dalam komputer kuantum, lingkungan kebisingan merupakan faktor kunci dalam menjaga integritas seluruh sistem. Karena derau ini dapat memengaruhi analisis dan pembacaan oleh komputer kuantum, para insinyur dan ilmuwan di seluruh dunia mencoba menemukan cara untuk menurunkan derau ini sambil mempertahankan tingkat komunikasi saat ini di antara qubit. Terkini penelitian dari MIT menyarankan kemungkinan metode baru kontrol kebisingan sambil meningkatkan sinyal kuantum dengan menggunakan proses yang dikenal sebagai tindihan. Dengan hasilnya dipublikasikan di Fisika Alam, para peneliti berharap pemerasan dapat dimanfaatkan dalam menciptakan komponen yang lebih kuat untuk komputer kuantum.

Mengeja Meremas

Menurut penulis pertama dan mahasiswa pascasarjana MIT Jack Qiu, squeezing bekerja dengan mendistribusikan kembali kebisingan lingkungan dari satu variabel ke variabel yang berbeda, sehingga jumlah kebisingan sama, hanya lebih sedikit pada satu parameter. Seperti yang dijelaskan Qiu lebih lanjut: “Properti kuantum yang dikenal sebagai Prinsip Ketidakpastian Heisenberg membutuhkan jumlah kebisingan minimum untuk ditambahkan selama proses amplifikasi, yang mengarah ke apa yang disebut 'batas kuantum standar' dari kebisingan latar belakang. Namun, perangkat khusus yang disebut a Josephson penguat parametrik dapat mengurangi kebisingan tambahan dengan 'memerasnya' di bawah batas fundamental dengan mendistribusikannya kembali secara efektif di tempat lain.”

Redistribusi ini sangat membantu ketika peneliti berfokus pada satu parameter tertentu dalam sistem. “Informasi kuantum direpresentasikan dalam variabel konjugasi, misalnya amplitudo dan fase gelombang elektromagnetik,” tambah Qiu. “Namun, dalam banyak kasus, peneliti hanya perlu mengukur salah satu dari variabel ini – amplitudo atau fase – untuk menentukan keadaan kuantum sistem. Dalam hal ini, mereka dapat 'memeras kebisingan:' menurunkannya untuk satu variabel, katakanlah amplitudo, sambil menaikkannya untuk yang lain, dalam hal ini, fase. Jumlah total kebisingan tetap sama karena Prinsip Ketidakpastian Heisenberg. Tetap saja, distribusinya dapat dibentuk sehingga pengukuran yang kurang berisik dapat dilakukan pada salah satu variabel.”

Menerapkan Squeezing di Sistem Dan Meningkatkan Sinyal Quantum

Dalam percobaan mereka, Qiu dan timnya berfokus pada penggunaan perangkat jenis baru untuk memulai pemerasan. “Dalam karya ini, kami memperkenalkan tipe baru penguat parametrik gelombang perjalanan Josephson (JTWPA) yang direkayasa dispersi yang dirancang untuk pemerasan,” kata Qiu. “Perangkat ini terdiri dari banyak persimpangan Josephson [persimpangan yang berisi arus superkonduktor] secara seri dan resonator pencocokan fase yang dimuat secara berkala untuk mendukung operasi pompa ganda.” Dengan perangkat ini, para peneliti dapat menyempurnakan seluruh sistem mereka, memungkinkan foton untuk bergabung menjadi sinyal kuantum yang lebih kuat dan lebih kuat. Hasil yang mereka temukan dengan perangkat baru ini dan pengaturan eksperimental sangat menarik. “Arsitektur ini memungkinkan [sinyal kuantum] untuk mengurangi daya derau dengan faktor 10 di bawah batas kuantum mendasar saat beroperasi dengan bandwidth amplifikasi 3.5 gigahertz,” jelas Qiu. “Rentang frekuensi ini hampir dua kali lipat lebih tinggi dari perangkat sebelumnya. Perangkat kami juga mendemonstrasikan generasi broadband pasangan foton terjerat, yang memungkinkan peneliti membaca informasi kuantum secara lebih efisien dengan rasio signal-to-noise yang jauh lebih tinggi.”

Karena perkembangan komputer kuantum saat ini bekerja untuk meningkatkan sinyal kuantum antara qubit sambil menurunkan kebisingan lingkungan, hasil dari percobaan ini bisa menjadi penting. Saat Qiu dan timnya terus meneliti proses ini, mereka berharap karya mereka dapat memengaruhi orang lain di industri kuantum. Seperti yang dikatakan Qiu: “Ini memiliki potensi yang luar biasa jika Anda menerapkannya ke sistem kuantum lain — untuk berinteraksi dengan sistem qubit untuk meningkatkan pembacaan, atau untuk menjerat qubit, atau memperluas rentang frekuensi pengoperasian perangkat untuk digunakan dalam deteksi materi gelap dan meningkatkan efisiensi pendeteksiannya.”

Kenna Hughes-Castleberry adalah staf penulis di Inside Quantum Technology dan Science Communicator di JILA (kemitraan antara University of Colorado Boulder dan NIST). Ketukan tulisannya termasuk teknologi dalam, metaverse, dan teknologi kuantum.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/