Исследователи Массачусетского технологического института разработали новый способ усиления квантовых сигналов при уменьшении шума

Из-за хрупкости и чувствительности кубитов внутри квантового компьютера, окружающая среда шум является ключевым фактором поддержания целостности всей системы. Поскольку этот шум может повлиять на анализ и считывание данных квантовым компьютером, инженеры и ученые всего мира пытаются найти способы снизить этот шум, сохраняя при этом текущие уровни связи между кубитами. Недавний исследованиям от MIT предлагает возможный новый метод контроля шума при одновременном усилении квантовых сигналов с помощью процесса, известного как выжимание. Их результаты опубликованы в Физика природы, Исследователи надеются, что сжатие можно будет использовать для создания более надежных компонентов для квантового компьютера.

Написание Сжатия

По словам первого автора и аспиранта Массачусетского технологического института Джек ЦюСжатие работает путем перераспределения шума окружающей среды от одной переменной к другой, так что общее количество шума остается тем же, но меньше по одному параметру. Как пояснил Цю далее: «Квантовое свойство, известное как принцип неопределенности Гейзенберга, требует добавления минимального количества шума в процессе усиления, что приводит к так называемому «стандартному квантовому пределу» фонового шума. Однако специальное устройство, называемое Джозефсона параметрический усилитель может уменьшить добавленный шум, «сжимая» его ниже основного предела, эффективно перераспределяя его в другом месте».

Такое перераспределение особенно полезно, когда исследователи сосредоточены на одном конкретном параметре системы. «Квантовая информация представлена ​​в сопряженных переменных, например, амплитуде и фазе электромагнитных волн», — добавил Цю. «Однако во многих случаях исследователям достаточно измерить только одну из этих переменных — амплитуду или фазу — чтобы определить квантовое состояние системы. В таких случаях они могут «сжать шум»: понизив его для одной переменной, скажем, амплитуды, и одновременно увеличив для другой, в данном случае, фазы. Общее количество шума остается неизменным благодаря принципу неопределенности Гейзенберга. Тем не менее, его распределение можно сформировать таким образом, чтобы измерения одной из переменных были менее зашумленными».

Реализация сжатия в системе и усиление квантовых сигналов

В своем эксперименте Цю и его команда сосредоточились на использовании нового типа устройства для инициирования сжатия. «В этой работе мы представляем новый тип джозефсоновского параметрического усилителя бегущей волны (JTWPA) с дисперсионной технологией, предназначенный для сжатия», — заявил Цю. «Устройство состоит из множества последовательно соединенных джозефсоновских переходов (переходов, содержащих сверхпроводящие токи) и периодически нагруженных фазосогласованных резонаторов для поддержки работы с двумя насосами». С помощью этого устройства исследователи смогли точно настроить всю свою систему, позволяя фотонам объединяться в более сильные и усиленные квантовые сигналы. Результаты, полученные с помощью этого нового устройства и экспериментальной установки, были впечатляющими. «Эта архитектура позволила [квантовым сигналам] снизить мощность шума в 10 раз ниже фундаментального квантового предела при работе с полосой усиления 3.5 гигагерца», — объяснил Цю. «Этот диапазон частот почти на два порядка выше, чем у предыдущих устройств. Наше устройство также демонстрирует широкополосную генерацию запутанных пар фотонов, что может позволить исследователям более эффективно считывать квантовую информацию с гораздо более высоким соотношением сигнал/шум».

Поскольку нынешняя разработка квантовых компьютеров направлена ​​на улучшение квантовых сигналов между кубитами при одновременном снижении шума окружающей среды, результаты этого эксперимента могут иметь важное значение. Поскольку Цю и его команда продолжают исследовать этот процесс, они надеются, что их работа может повлиять на других представителей квантовой индустрии. Как сказал Цю: «У него есть огромный потенциал, если вы примените его к другим квантовым системам — для взаимодействия с системой кубитов для улучшения считывания, или для запутывания кубитов, или для расширения диапазона рабочих частот устройства, которое будет использоваться для обнаружения и улучшения темной материи. эффективность его обнаружения».

Кенна Хьюз-Кастлберри — штатный писатель Inside Quantum Technology и научный коммуникатор JILA (партнерство между Колорадским университетом в Боулдере и NIST). Ее писательские приемы включают в себя глубокие технологии, метавселенную и квантовые технологии.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/