MIT-forskare utvecklar ett nytt sätt att förstärka kvantsignaler och samtidigt minska brus

På grund av bräckligheten och känsligheten hos qubits i en kvantdator, miljö brus är en nyckelfaktor för att upprätthålla hela systemets integritet. Eftersom detta brus kan påverka analysen och utläsningen av en kvantdator, försöker ingenjörer och forskare runt om i världen hitta sätt att minska detta brus samtidigt som de nuvarande nivåerna av kommunikation mellan qubits bibehålls. Nyligen forskning från MIT föreslår en möjlig ny metod för bruskontroll samtidigt som man ökar kvantsignaler genom att använda en process som kallas klämma. Med sina resultat publicerade i Naturfysik, forskarna är hoppfulla om att klämning kan användas för att skapa mer robusta komponenter för en kvantdator.

Stava ut Klämning

Enligt första författare och MIT doktorand Jack Qiu, klämning fungerar genom att omfördela omgivningsljudet från en variabel till en annan variabel, så att den totala mängden buller är densamma, det är bara mindre på en parameter. Som Qiu förklarade ytterligare: "En kvantegenskap känd som Heisenbergs osäkerhetsprincip kräver att en minsta mängd brus läggs till under förstärkningsprocessen, vilket leder till den så kallade "standardkvantgränsen" för bakgrundsbrus. Men en speciell anordning som kallas a Josephson en parametrisk förstärkare kan minska det extra bruset genom att "pressa" det under grundgränsen genom att effektivt omfördela det någon annanstans."

Denna omfördelning är särskilt användbar när forskare är fokuserade på en specifik parameter i systemet. "Kvantinformation är representerad i de konjugerade variablerna, till exempel amplituden och fasen för elektromagnetiska vågor," tillade Qiu. "Men i många fall behöver forskare bara mäta en av dessa variabler - amplituden eller fasen - för att bestämma systemets kvanttillstånd. I dessa fall kan de "pressa bruset:" sänka det för en variabel, säg amplitud, medan de höjer det för den andra, i det här fallet, fasen. Den totala mängden buller förblir densamma på grund av Heisenbergs osäkerhetsprincip. Ändå kan dess fördelning formas så att mindre bullriga mätningar är möjliga på en av variablerna."

Implementera squeezing i systemet och öka kvantsignaler

I sitt experiment fokuserade Qiu och hans team på att använda en ny typ av enhet för att initiera klämning. "I det här arbetet introducerar vi en ny typ av spridningskonstruerad Josephson parametrisk förstärkare för resande vågor (JTWPA) designad för klämning," sa Qiu. "Enheten består av många Josephson-övergångar [övergångar som innehåller supraledande strömmar] i serie och periodiskt laddade fasmatchande resonatorer för att stödja drift med dubbla pumpar." Med den här enheten kunde forskarna finjustera hela sitt system, vilket gör att fotoner kan kombineras till starkare och mer förstärkta kvantsignaler. Resultaten de hittade med denna nya enhet och experimentella uppsättning var spännande. "Denna arkitektur gjorde det möjligt för [kvantsignalerna] att minska bruseffekten med en faktor 10 under den grundläggande kvantgränsen samtidigt som den arbetade med 3.5 gigahertz förstärkningsbandbredd," förklarade Qiu. "Det här frekvensområdet är nästan två storleksordningar högre än tidigare enheter. Vår enhet visar också bredbandsgenerering av intrasslade fotonpar, vilket kan göra det möjligt för forskare att läsa ut kvantinformation mer effektivt med ett mycket högre signal-brusförhållande."

Eftersom den nuvarande utvecklingen av kvantdatorer arbetar för att förbättra kvantsignaler mellan kvantbitar samtidigt som miljöbruset sänks, kan resultaten från detta experiment vara av betydelse. När Qiu och hans team fortsätter att forska i denna process, hoppas de att deras arbete kan påverka andra inom kvantindustrin. Som Qiu sa: "Det har en enorm potential om du applicerar det på andra kvantsystem - att samverka med ett qubit-system för att förbättra avläsningen, eller för att trassla in qubits, eller utöka enhetens driftfrekvensområde för att användas vid upptäckt av mörk materia och förbättra dess detektionseffektivitet."

Kenna Hughes-Castleberry är personalskribent på Inside Quantum Technology och Science Communicator vid JILA (ett partnerskap mellan University of Colorado Boulder och NIST). Hennes skrivbeats inkluderar djupteknologi, metaversen och kvantteknologi.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/