MIT Researchers Develop New Way To Amplify Quantum Signals While Reducing Noise

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Cercetătorii de la MIT au găsit o modalitate de a stimula semnalele cuantice, reducând în același timp zgomotul din mediu, folosind un proces numit „strângere”.

By Kenna Hughes-Castleberry postat pe 27 februarie 2023

Din cauza fragilității și sensibilității qubiților dintr-un computer cuantic, de mediu zgomot este un factor cheie în menținerea integrității întregului sistem. Deoarece acest zgomot poate afecta analiza și citirea de către un computer cuantic, inginerii și oamenii de știință din întreaga lume încearcă să găsească modalități de a reduce acest zgomot, menținând în același timp nivelurile actuale de comunicare între qubiți. Recent cercetare din MIT sugerează o posibilă nouă metodă de control al zgomotului în timp ce stimulează semnalele cuantice prin utilizarea unui proces cunoscut ca stoarcere. Cu rezultatele lor publicate în Fizica naturii, Cercetătorii speră că stoarcerea poate fi utilizată pentru a crea componente mai robuste pentru un computer cuantic.

Scriind Strângerea

Potrivit primului autor și student absolvent al MIT Jack Qiu, stoarcerea funcționează prin redistribuirea zgomotului de mediu de la o variabilă la o variabilă diferită, astfel încât cantitatea totală de zgomot să fie aceeași, este doar mai puțin pe un parametru. După cum a explicat Qiu în continuare: „O proprietate cuantică cunoscută sub numele de Principiul incertitudinii Heisenberg necesită adăugarea unei cantități minime de zgomot în timpul procesului de amplificare, ceea ce duce la așa-numita „limită cuantică standard” a zgomotului de fond. Cu toate acestea, un dispozitiv special numit a Josephson amplificatorul parametric poate reduce zgomotul adăugat prin „strângerea” sub limita fundamentală, redistribuindu-l în mod eficient în altă parte.”

Această redistribuire este utilă în special atunci când cercetătorii se concentrează pe un parametru specific din sistem. „Informația cuantică este reprezentată în variabilele conjugate, de exemplu, amplitudinea și faza undelor electromagnetice”, a adăugat Qiu. „Cu toate acestea, în multe cazuri, cercetătorii trebuie să măsoare doar una dintre aceste variabile - amplitudinea sau faza - pentru a determina starea cuantică a sistemului. În aceste cazuri, ei pot „strânge zgomotul”: scăzând-l pentru o variabilă, să spunem amplitudinea, în timp ce îl ridică pentru cealaltă, în acest caz, fază. Cantitatea totală de zgomot rămâne aceeași datorită principiului de incertitudine al lui Heisenberg. Totuși, distribuția sa poate fi modelată astfel încât să fie posibile măsurători mai puțin zgomotoase pentru una dintre variabile.”

Implementarea strângerii în sistem și creșterea semnalelor cuantice

În experimentul lor, Qiu și echipa sa s-au concentrat pe utilizarea unui nou tip de dispozitiv pentru a iniția stoarcerea. „În această lucrare, introducem un nou tip de amplificator parametric Josephson cu undă călătorie (JTWPA) proiectat pentru strângere”, a declarat Qiu. „Dispozitivul cuprinde multe joncțiuni Josephson [joncțiuni care conțin curenți supraconductori] în serie și rezonatoare de potrivire de fază încărcate periodic pentru a sprijini funcționarea cu două pompe.” Cu acest dispozitiv, cercetătorii și-ar putea regla întregul sistem, permițând fotonilor să se combine în semnale cuantice mai puternice și mai amplificate. Rezultatele pe care le-au găsit cu acest nou dispozitiv și configurația experimentală au fost interesante. „Această arhitectură a permis [semnalelor cuantice] să reducă puterea zgomotului cu un factor de 10 sub limita cuantică fundamentală în timp ce funcționează cu 3.5 gigaherți de lățime de bandă de amplificare”, a explicat Qiu. „Acest interval de frecvență este cu aproape două ordine de mărime mai mare decât dispozitivele anterioare. Dispozitivul nostru demonstrează, de asemenea, generarea de perechi de fotoni încâlciți în bandă largă, ceea ce ar putea permite cercetătorilor să citească informații cuantice mai eficient, cu un raport semnal-zgomot mult mai mare.”

Deoarece dezvoltarea actuală a calculatoarelor cuantice lucrează pentru a îmbunătăți semnalele cuantice între qubiți, reducând în același timp zgomotul ambiental, rezultatele acestui experiment ar putea fi importante. Pe măsură ce Qiu și echipa sa continuă să cerceteze acest proces, ei speră că munca lor îi poate influența pe alții din industria cuantică. Așa cum a spus Qiu: „Are un potențial extraordinar dacă îl aplicați altor sisteme cuantice - să interfați cu un sistem qubit pentru a îmbunătăți citirea, sau pentru a încurca qubiții sau extinde gama de frecvență de operare a dispozitivului pentru a fi utilizat în detectarea materiei întunecate și îmbunătățirea eficiența detectării sale.”

Kenna Hughes-Castleberry este scriitoare la Inside Quantum Technology și Science Communicator la JILA (un parteneriat între Universitatea din Colorado Boulder și NIST). Bataile ei de scris includ tehnologia profundă, metaversul și tehnologia cuantică.