นักวิจัยของ MIT พัฒนาวิธีใหม่ในการขยายสัญญาณควอนตัมในขณะที่ลดสัญญาณรบกวน

เนื่องจากความเปราะบางและความไวของคิวบิตภายในคอมพิวเตอร์ควอนตัม สิ่งแวดล้อม สัญญาณรบกวน เป็นปัจจัยสำคัญในการรักษาความสมบูรณ์ของระบบทั้งหมด เนื่องจากเสียงรบกวนนี้อาจส่งผลต่อการวิเคราะห์และการอ่านค่าโดยคอมพิวเตอร์ควอนตัม วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกจึงพยายามหาวิธีลดเสียงรบกวนนี้ในขณะที่รักษาระดับการสื่อสารระหว่างคิวบิตในปัจจุบัน ล่าสุด การวิจัย ราคาเริ่มต้นที่ เอ็มไอที แนะนำวิธีการใหม่ที่เป็นไปได้ในการควบคุมเสียงรบกวนในขณะที่เพิ่มสัญญาณควอนตัมโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่า แรงดัน. โดยผลงานของพวกเขาเผยแพร่ใน ฟิสิกส์ธรรมชาติ, นักวิจัยมีความหวังว่าจะสามารถใช้การบีบเพื่อสร้างส่วนประกอบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม

สะกดคำว่า Squeezing

ตามที่ผู้เขียนคนแรกและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ MIT แจ็ค ชิว, การบีบทำงานโดยกระจายเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อมจากตัวแปรหนึ่งไปยังตัวแปรอื่น เพื่อให้จำนวนเสียงรบกวนทั้งหมดเท่ากัน โดยมีค่าน้อยกว่าในพารามิเตอร์เดียว ดังที่ Qiu อธิบายเพิ่มเติม: “คุณสมบัติทางควอนตัมที่เรียกว่าหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กต้องการจำนวนสัญญาณรบกวนขั้นต่ำที่เพิ่มเข้ามาในระหว่างกระบวนการขยาย ซึ่งนำไปสู่สิ่งที่เรียกว่า 'ขีดจำกัดควอนตัมมาตรฐาน' ของเสียงรบกวนรอบข้าง อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์พิเศษที่เรียกว่า โจเซฟสัน แอมพลิฟายเออร์แบบพาราเมตริกสามารถลดเสียงรบกวนที่เพิ่มเข้ามาได้โดยการ 'บีบ' ให้ต่ำกว่าขีดจำกัดพื้นฐานโดยกระจายไปที่อื่นอย่างมีประสิทธิภาพ"

การกระจายซ้ำนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อนักวิจัยมุ่งเน้นไปที่พารามิเตอร์เฉพาะหนึ่งตัวในระบบ “ข้อมูลควอนตัมจะแสดงอยู่ในตัวแปรคอนจูเกต เช่น แอมพลิจูดและเฟสของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า” Qiu กล่าวเสริม “อย่างไรก็ตาม ในหลาย ๆ กรณี นักวิจัยต้องการเพียงวัดหนึ่งในตัวแปรเหล่านี้ – แอมพลิจูดหรือเฟส – เพื่อกำหนดสถานะควอนตัมของระบบ ในกรณีเหล่านี้ พวกเขาสามารถ 'บีบเสียงรบกวน:' ลดระดับเสียงลงสำหรับตัวแปรหนึ่ง เช่น แอมพลิจูด ในขณะที่เพิ่มระดับเสียงสำหรับอีกตัวแปรหนึ่ง ในกรณีนี้คือเฟส ปริมาณเสียงรบกวนทั้งหมดยังคงเท่าเดิมเนื่องจากหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ถึงกระนั้น การกระจายของมันยังสามารถกำหนดรูปแบบได้ เพื่อให้การวัดที่มีสัญญาณรบกวนน้อยลงในตัวแปรตัวใดตัวหนึ่ง”

การใช้ Squeezing ในระบบและเพิ่มสัญญาณควอนตัม

ในการทดลอง Qiu และทีมมุ่งเน้นไปที่การใช้อุปกรณ์ชนิดใหม่เพื่อเริ่มการบีบ “ในงานนี้ เราขอแนะนำแอมพลิฟายเออร์คลื่นพาราเมตริก (JTWPA) ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมการกระจายตัวชนิดใหม่ (JTWPA) ที่ออกแบบมาสำหรับการบีบ” Qiu กล่าว “อุปกรณ์ประกอบด้วยชุมทาง Josephson จำนวนมาก [ทางแยกที่มีกระแสตัวนำยิ่งยวด] ในชุดและรีโซเนเตอร์ที่จับคู่เฟสที่โหลดเป็นระยะเพื่อรองรับการทำงานของปั๊มคู่” ด้วยอุปกรณ์นี้ นักวิจัยสามารถปรับแต่งระบบทั้งหมดได้อย่างละเอียด เพื่อให้โฟตอนรวมกันเป็นสัญญาณควอนตัมที่แรงและขยายมากขึ้น ผลลัพธ์ที่พวกเขาพบกับอุปกรณ์ใหม่นี้และการตั้งค่าการทดลองนั้นน่าตื่นเต้น “สถาปัตยกรรมนี้ทำให้ [สัญญาณควอนตัม] สามารถลดพลังเสียงได้ 10 เท่าต่ำกว่าขีดจำกัดควอนตัมพื้นฐาน ขณะที่ทำงานด้วยแบนด์วิธขยายสัญญาณ 3.5 กิกะเฮิรตซ์” Qiu อธิบาย “ช่วงความถี่นี้สูงกว่าอุปกรณ์รุ่นก่อนหน้าเกือบสองลำดับ อุปกรณ์ของเรายังแสดงการสร้างคู่โฟตอนพันกันยุ่งเหยิงแบบบรอดแบนด์ ซึ่งช่วยให้นักวิจัยสามารถอ่านข้อมูลควอนตัมได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่สูงขึ้นมาก”

เนื่องจากการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมในปัจจุบันกำลังทำงานเพื่อปรับปรุงสัญญาณควอนตัมระหว่างคิวบิตในขณะที่ลดเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อม ผลลัพธ์จากการทดลองนี้จึงมีความสำคัญ ขณะที่ Qiu และทีมของเขากำลังศึกษาวิจัยกระบวนการนี้ต่อไป พวกเขาหวังว่างานของพวกเขาจะมีอิทธิพลต่อผู้อื่นในอุตสาหกรรมควอนตัม ดังที่ Qiu กล่าวว่า "มันมีศักยภาพมหาศาลหากคุณนำไปใช้กับระบบควอนตัมอื่น ๆ - เพื่อเชื่อมต่อกับระบบ qubit เพื่อปรับปรุงการอ่านข้อมูล หรือเพื่อพัน qubits หรือขยายช่วงความถี่การทำงานของอุปกรณ์เพื่อใช้ในการตรวจจับสสารมืดและปรับปรุง ประสิทธิภาพการตรวจจับของมัน”

Kenna Hughes-Castleberry เป็นนักเขียนที่ Inside Quantum Technology และ Science Communicator ที่ JILA (ความร่วมมือระหว่าง University of Colorado Boulder และ NIST) จังหวะการเขียนของเธอมีทั้ง Deep Tech, Metaverse และเทคโนโลยีควอนตัม

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/