Raziskovalci MIT razvijajo nov način za ojačanje kvantnih signalov ob zmanjševanju šuma

Zaradi krhkosti in občutljivosti kubitov v kvantnem računalniku, okolje hrupa je ključni dejavnik pri ohranjanju celovitosti celotnega sistema. Ker lahko ta hrup vpliva na analizo in odčitavanje s kvantnim računalnikom, poskušajo inženirji in znanstveniki po vsem svetu najti načine za zmanjšanje tega hrupa ob ohranjanju trenutne ravni komunikacije med kubiti. Nedavno Raziskave iz MIT predlaga možno novo metodo za nadzor hrupa ob povečanju kvantnih signalov z uporabo postopka, znanega kot stiskanje. S svojimi rezultati, objavljenimi v Naravna fizika, raziskovalci upajo, da se stiskanje lahko uporabi pri ustvarjanju robustnejših komponent za kvantni računalnik.

Črkovanje stiskanja

Po mnenju prvega avtorja in podiplomskega študenta MIT Jack Qiu, stiskanje deluje tako, da prerazporedi okoljski hrup iz ene spremenljivke v drugo spremenljivko, tako da je skupna količina hrupa enaka, le manjša je pri enem parametru. Kot je nadalje pojasnil Qiu: »Kvantna lastnost, znana kot Heisenbergov princip negotovosti, zahteva, da se med postopkom ojačanja doda minimalna količina hrupa, kar vodi do tako imenovane 'standardne kvantne meje' hrupa v ozadju. Vendar pa posebna naprava, imenovana a Josephson parametrični ojačevalnik lahko zmanjša dodani šum tako, da ga 'stisne' pod osnovno mejo in ga učinkovito prerazporedi drugam.«

Ta prerazporeditev je še posebej koristna, ko so raziskovalci osredotočeni na en specifičen parameter v sistemu. "Kvantne informacije so predstavljene v konjugiranih spremenljivkah, na primer amplituda in faza elektromagnetnih valov," je dodal Qiu. "Vendar pa morajo raziskovalci v mnogih primerih izmeriti samo eno od teh spremenljivk - amplitudo ali fazo - da določijo kvantno stanje sistema. V teh primerih lahko 'zmanjšajo hrup': znižajo ga za eno spremenljivko, recimo amplitudo, medtem ko ga zvišajo za drugo, v tem primeru fazo. Skupna količina hrupa ostane enaka zaradi Heisenbergovega načela negotovosti. Kljub temu je njegovo porazdelitev mogoče oblikovati tako, da so na eni od spremenljivk možne manj hrupne meritve.«

Implementacija stiskanja v sistemu in krepitev kvantnih signalov

V svojem poskusu sta se Qiu in njegova ekipa osredotočila na uporabo nove vrste naprave za sprožitev stiskanja. "V tem delu predstavljamo novo vrsto Josephsonovega parametričnega ojačevalnika potujočega valovanja (JTWPA), zasnovanega z disperzijo, ki je zasnovan za stiskanje," je izjavil Qiu. "Naprava obsega veliko Josephsonovih stičišč [stičišč, ki vsebujejo superprevodne tokove] v serijah in občasno obremenjene resonatorje za fazno ujemanje, ki podpirajo delovanje z dvojno črpalko." S to napravo so lahko raziskovalci natančno prilagodili svoj celoten sistem, kar je omogočilo združevanje fotonov v močnejše in bolj ojačane kvantne signale. Rezultati, ki so jih odkrili s to novo napravo in poskusno nastavitvijo, so bili vznemirljivi. "Ta arhitektura je omogočila [kvantnim signalom], da zmanjšajo moč hrupa za faktor 10 pod osnovno kvantno mejo, medtem ko delujejo s 3.5 gigaherca pasovne širine ojačanja," je pojasnil Qiu. »To frekvenčno območje je skoraj dva reda velikosti višje od prejšnjih naprav. Naša naprava prav tako prikazuje širokopasovno generiranje zapletenih fotonskih parov, kar bi lahko raziskovalcem omogočilo učinkovitejše branje kvantnih informacij z veliko višjim razmerjem med signalom in šumom.«

Ker si trenutni razvoj kvantnih računalnikov prizadeva izboljšati kvantne signale med kubiti in hkrati zmanjšati okoljski hrup, bi lahko bili rezultati tega poskusa pomembni. Ker Qiu in njegova ekipa še naprej raziskujeta ta proces, upajo, da lahko njihovo delo vpliva na druge v kvantni industriji. Kot je dejal Qiu: »Ima ogromen potencial, če ga uporabite za druge kvantne sisteme – za povezovanje s sistemom qubit za izboljšanje odčitavanja ali za zapletanje kubitov ali razširitev frekvenčnega območja delovanja naprave za uporabo pri odkrivanju temne snovi in ​​izboljšanju njegovo učinkovitost zaznavanja."

Kenna Hughes-Castleberry je zaposlena pisateljica pri Inside Quantum Technology in znanstveni komunikator pri JILA (partnerstvo med Univerzo Colorado Boulder in NIST). Njeni utripi pisanja vključujejo globoko tehnologijo, metaverzum in kvantno tehnologijo.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/