חוקרי MIT מפתחים דרך חדשה להגברת אותות קוונטיים תוך הפחתת רעש

בגלל השבריריות והרגישות של הקיוביטים בתוך מחשב קוונטי, סביבתי רעש מהווה גורם מפתח בשמירה על שלמות המערכת כולה. מכיוון שרעש זה יכול להשפיע על הניתוח והקריאה על ידי מחשב קוונטי, מהנדסים ומדענים ברחבי העולם מנסים למצוא דרכים להוריד את הרעש הזה תוך שמירה על רמות תקשורת נוכחיות בין קיוביטים. לאחרונה מחקר החל מ- MIT מציע שיטה חדשה אפשרית לבקרת רעש תוך הגברת אותות קוונטיים על ידי שימוש בתהליך המכונה סוחט. עם התוצאות שלהם שפורסמו ב פיזיקת טבע, החוקרים מקווים שניתן לנצל את הסחיטה ביצירת רכיבים חזקים יותר עבור מחשב קוונטי.

איות סחיטה

לדברי הסופר הראשון וסטודנט לתואר שני ב-MIT ג'ק צ'יו, הסחיטה פועלת על ידי חלוקה מחדש של הרעש הסביבתי ממשתנה אחד למשתנה אחר, כך שכמות הרעש הכוללת תהיה זהה, היא רק פחותה בפרמטר אחד. כפי שהסביר עוד Qiu: "תכונה קוונטית המכונה עקרון אי הוודאות של הייזנברג דורשת הוספת כמות מינימלית של רעש במהלך תהליך ההגברה, מה שמוביל למה שנקרא 'מגבלה קוונטית סטנדרטית' של רעשי רקע. עם זאת, מכשיר מיוחד הנקרא a יוסףסון מגבר פרמטרי יכול להפחית את הרעש הנוסף על ידי 'סחיטה' שלו מתחת לגבול הבסיסי על ידי הפצה מחדש ביעילות למקום אחר."

חלוקה מחדש זו מועילה במיוחד כאשר החוקרים מתמקדים בפרמטר ספציפי אחד במערכת. "מידע קוונטי מיוצג במשתנים המצומדים, למשל, המשרעת והפאזה של גלים אלקטרומגנטיים", הוסיף Qiu. "עם זאת, במקרים רבים, חוקרים צריכים למדוד רק אחד מהמשתנים הללו - המשרעת או הפאזה - כדי לקבוע את המצב הקוונטי של המערכת. במקרים אלה, הם יכולים 'לסחוט את הרעש': להוריד אותו עבור משתנה אחד, למשל משרעת, תוך העלאתו עבור השלב השני, במקרה זה. כמות הרעש הכוללת נשארת זהה עקב עקרון אי הוודאות של הייזנברג. ובכל זאת, ניתן לעצב את ההתפלגות שלו כך שמתאפשרות מדידות פחות רועשות באחד המשתנים".

הטמעת סחיטה במערכת והגברת אותות קוונטיים

בניסוי שלהם, Qiu וצוותו התמקדו בשימוש בסוג חדש של מכשיר כדי ליזום סחיטה. "בעבודה זו, אנו מציגים סוג חדש של מגבר פרמטרי גלים נוסעים ג'וזפסון (JTWPA) מהונדס לפיזור המיועד לסחיטה", הצהיר Qiu. "ההתקן כולל צמתים רבים של ג'וזפסון [צמתים המכילים זרמים מוליכים-על] בסדרה ומהודים תואמי פאזה הטעונים מעת לעת כדי לתמוך בפעולת משאבה כפולה." בעזרת מכשיר זה, החוקרים יכלו לכוונן את כל המערכת שלהם, ולאפשר לפוטונים להתאחד לאותות קוונטיים חזקים ומוגברים יותר. התוצאות שהם מצאו עם המכשיר החדש והמערך הניסיוני הזה היו מרגשות. "הארכיטקטורה הזו אפשרה [לאותות הקוונטים] להפחית את עוצמת הרעש בפקטור 10 מתחת לגבול הקוונטי הבסיסי תוך כדי עבודה עם 3.5 גיגה-הרץ של רוחב פס הגברה", הסביר Qiu. "טווח התדרים הזה גבוה כמעט בשני סדרי גודל מהמכשירים הקודמים. המכשיר שלנו גם מדגים יצירת פס רחב של צמדי פוטונים מסובכים, שיכולים לאפשר לחוקרים לקרוא מידע קוונטי בצורה יעילה יותר עם יחס אות לרעש הרבה יותר גבוה".

מכיוון שהפיתוח הנוכחי של מחשבים קוונטיים פועל לשיפור אותות קוונטיים בין קיוביטים תוך הפחתת רעש סביבתי, התוצאות מהניסוי הזה עשויות להיות בעלות חשיבות. בעוד Qiu והצוות שלו ממשיכים לחקור את התהליך הזה, הם מקווים שעבודתם יכולה להשפיע על אחרים בתעשיית הקוונטים. כפי ש-Qiu אמר: "יש לזה פוטנציאל אדיר אם אתה מיישם את זה על מערכות קוונטיות אחרות - להתממשק עם מערכת קיוביט כדי לשפר את הקריאה, או להסתבך קוויביטים, או להרחיב את טווח התדרים ההפעלה של המכשיר כדי לנצל את זיהוי החומר האפל ולשפר יעילות הזיהוי שלו."

קנה יוז-קסטלברי היא כותבת צוות ב-Inside Quantum Technology ו-Science Communicator ב-JILA (שותפות בין אוניברסיטת קולורדו בולדר ו-NIST). פעימות הכתיבה שלה כוללות Deep Tech, Metaverse וטכנולוגיה קוונטית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/