MIT-forskere utvikler ny måte å forsterke kvantesignaler mens de reduserer støy

På grunn av skjørheten og følsomheten til qubitene i en kvantedatamaskin, miljømessig støy er en nøkkelfaktor for å opprettholde integriteten til hele systemet. Fordi denne støyen kan påvirke analysen og avlesningen av en kvantedatamaskin, prøver ingeniører og forskere rundt om i verden å finne måter å redusere denne støyen mens de opprettholder gjeldende kommunikasjonsnivåer mellom qubits. Nylig forskning fra MIT foreslår en mulig ny metode for støykontroll mens man øker kvantesignaler ved å bruke en prosess kjent som klemme. Med resultatene deres publisert i Naturfysikk, forskerne håper at klem kan brukes til å lage mer robuste komponenter for en kvantedatamaskin.

Stave ut Klemming

I følge førsteforfatter og MIT-student Jack Qiu, virker klemme ved å omfordele miljøstøyen fra en variabel til en annen variabel, slik at den totale mengden støy er den samme, den er bare mindre på én parameter. Som Qiu forklarte videre: «En kvanteegenskap kjent som Heisenberg-usikkerhetsprinsippet krever at en minimumsmengde støy legges til under forsterkningsprosessen, noe som fører til den såkalte 'standard kvantegrensen' for bakgrunnsstøy. Imidlertid er en spesiell enhet kalt a Josephson parametrisk forsterker kan redusere den ekstra støyen ved å "klemme" den under den fundamentale grensen ved å effektivt omfordele den andre steder."

Denne omfordelingen er spesielt nyttig når forskere er fokusert på én spesifikk parameter i systemet. "Kvanteinformasjon er representert i de konjugerte variablene, for eksempel amplituden og fasen til elektromagnetiske bølger," la Qiu til. "Men i mange tilfeller trenger forskere bare å måle en av disse variablene - amplituden eller fasen - for å bestemme kvantetilstanden til systemet. I disse tilfellene kan de "klemme støyen:" senke den for én variabel, for eksempel amplitude, mens de hever den for den andre, i dette tilfellet, fasen. Den totale mengden støy forblir den samme på grunn av Heisenbergs usikkerhetsprinsipp. Likevel kan distribusjonen formes slik at mindre støyende målinger er mulig på en av variablene."

Implementere klemme i systemet og øke kvantesignaler

I eksperimentet deres fokuserte Qiu og teamet hans på å bruke en ny type enhet for å sette i gang klemming. "I dette arbeidet introduserer vi en ny type spredningskonstruert Josephson reisebølge parametrisk forsterker (JTWPA) designet for å klemme," sa Qiu. "Enheten består av mange Josephson-kryss [kryss som inneholder superledende strømmer] i serie og periodisk belastede fasetilpassede resonatorer for å støtte topumpedrift." Med denne enheten kunne forskerne finjustere hele systemet, slik at fotoner kan kombineres til sterkere og mer forsterkede kvantesignaler. Resultatene de fant med denne nye enheten og eksperimentelle oppsettet var spennende. "Denne arkitekturen gjorde det mulig for [kvantesignalene] å redusere støyeffekten med en faktor 10 under den grunnleggende kvantegrensen mens de opererte med 3.5 gigahertz forsterkningsbåndbredde," forklarte Qiu. "Dette frekvensområdet er nesten to størrelsesordener høyere enn tidligere enheter. Enheten vår demonstrerer også bredbåndsgenerering av sammenfiltrede fotonpar, som kan gjøre det mulig for forskere å lese ut kvanteinformasjon mer effektivt med et mye høyere signal-til-støy-forhold.

Fordi den nåværende utviklingen av kvantedatamaskiner jobber med å forbedre kvantesignaler mellom qubits samtidig som den reduserer miljøstøy, kan resultatene fra dette eksperimentet være av betydning. Ettersom Qiu og teamet hans fortsetter å forske på denne prosessen, håper de at arbeidet deres kan påvirke andre i kvanteindustrien. Som Qiu sa: "Det har et enormt potensial hvis du bruker det på andre kvantesystemer - å koble til et qubit-system for å forbedre avlesningen, eller for å vikle inn qubits, eller utvide enhetens driftsfrekvensområde som skal brukes i deteksjon av mørk materie og forbedre dets deteksjonseffektivitet."

Kenna Hughes-Castleberry er stabsskribent ved Inside Quantum Technology og Science Communicator ved JILA (et partnerskap mellom University of Colorado Boulder og NIST). Skriverytmene hennes inkluderer dypteknologi, metaverset og kvanteteknologi.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/