Naukowcy z MIT opracowują nowy sposób wzmacniania sygnałów kwantowych przy jednoczesnej redukcji szumów

Ze względu na kruchość i czułość kubitów w komputerze kwantowym, środowisko hałas jest kluczowym czynnikiem w utrzymaniu integralności całego systemu. Ponieważ ten szum może wpływać na analizę i odczyt przez komputer kwantowy, inżynierowie i naukowcy na całym świecie próbują znaleźć sposoby na obniżenie tego szumu przy jednoczesnym utrzymaniu obecnego poziomu komunikacji między kubitami. Ostatni Badania naukowe od MIT sugeruje możliwą nową metodę kontroli szumów przy jednoczesnym wzmacnianiu sygnałów kwantowych za pomocą procesu znanego jako ściskanie. Z ich wynikami opublikowanymi w Fizyka przyrody, Naukowcy mają nadzieję, że ściskanie można wykorzystać do tworzenia solidniejszych komponentów komputera kwantowego.

Literowanie Wyciskanie

Według pierwszego autora i absolwenta MIT Jacka Qiu, wyciskanie polega na redystrybucji hałasu środowiskowego z jednej zmiennej do innej zmiennej, tak że całkowita ilość hałasu jest taka sama, jest tylko mniejsza dla jednego parametru. Jak dalej wyjaśnił Qiu: „Właściwość kwantowa znana jako zasada nieoznaczoności Heisenberga wymaga dodania minimalnej ilości szumu podczas procesu wzmacniania, co prowadzi do tak zwanej„ standardowej granicy kwantowej ”szumów tła. Jednak specjalne urządzenie tzw Josephsona wzmacniacz parametryczny może zredukować dodany szum poprzez „ściskanie” go poniżej podstawowej granicy poprzez skuteczną redystrybucję w innym miejscu”.

Ta redystrybucja jest szczególnie pomocna, gdy badacze koncentrują się na jednym konkretnym parametrze w systemie. „Informacje kwantowe są reprezentowane w zmiennych sprzężonych, na przykład w amplitudzie i fazie fal elektromagnetycznych” – dodał Qiu. „Jednak w wielu przypadkach naukowcy muszą zmierzyć tylko jedną z tych zmiennych – amplitudę lub fazę – aby określić stan kwantowy układu. W takich przypadkach mogą „wyciszyć szum”: obniżając go dla jednej zmiennej, powiedzmy amplitudy, jednocześnie podnosząc go dla drugiej, w tym przypadku fazy. Całkowita ilość hałasu pozostaje taka sama ze względu na zasadę nieoznaczoności Heisenberga. Mimo to jego rozkład można tak kształtować, aby na jednej ze zmiennych możliwe były mniej zaszumione pomiary”.

Implementacja wyciskania w systemie i wzmacnianie sygnałów kwantowych

W swoim eksperymencie Qiu i jego zespół skupili się na użyciu nowego typu urządzenia do inicjowania ściskania. „W tej pracy przedstawiamy nowy typ parametrycznego wzmacniacza falowego Josephsona (JTWPA) zaprojektowanego z wykorzystaniem inżynierii dyspersyjnej, przeznaczonego do wyciskania” — stwierdził Qiu. „Urządzenie składa się z wielu złączy Josephsona [złącza zawierających prądy nadprzewodzące] połączonych szeregowo i okresowo ładowanych rezonatorów dopasowujących fazę, aby wspierać działanie dwóch pomp”. Dzięki temu urządzeniu naukowcy mogli dostroić cały system, umożliwiając fotonom łączenie się w silniejsze i bardziej wzmocnione sygnały kwantowe. Wyniki, które uzyskali dzięki temu nowemu urządzeniu i konfiguracji eksperymentalnej, były ekscytujące. „Ta architektura umożliwiła [sygnałom kwantowym] zmniejszenie mocy szumu o współczynnik 10 poniżej podstawowej granicy kwantowej podczas pracy z szerokością pasma wzmocnienia 3.5 gigaherca” — wyjaśnił Qiu. „Ten zakres częstotliwości jest prawie o dwa rzędy wielkości wyższy niż w przypadku poprzednich urządzeń. Nasze urządzenie demonstruje również szerokopasmowe generowanie splątanych par fotonów, co może umożliwić naukowcom skuteczniejsze odczytywanie informacji kwantowych przy znacznie wyższym stosunku sygnału do szumu”.

Ponieważ obecny rozwój komputerów kwantowych ma na celu poprawę sygnałów kwantowych między kubitami przy jednoczesnym obniżeniu hałasu środowiskowego, wyniki tego eksperymentu mogą mieć znaczenie. Ponieważ Qiu i jego zespół kontynuują badania tego procesu, mają nadzieję, że ich praca może wpłynąć na innych w branży kwantowej. Jak powiedział Qiu: „Ma ogromny potencjał, jeśli zastosujesz go do innych systemów kwantowych – do połączenia z systemem kubitów w celu zwiększenia odczytu lub splątania kubitów lub rozszerzenia zakresu częstotliwości pracy urządzenia, aby można go było wykorzystać do wykrywania ciemnej materii i poprawy jego skuteczność wykrywania”.

Kenna Hughes-Castleberry jest pisarzem personelu w Inside Quantum Technology i Science Communicator w JILA (partnerstwo między University of Colorado Boulder i NIST). Jej pisarskie bity obejmują deep tech, metaverse i technologię kwantową.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/