Дослідники Массачусетського технологічного інституту розробили новий спосіб посилення квантових сигналів із одночасним зменшенням шуму

Через крихкість і чутливість кубітів у квантовому комп’ютері навколишнє середовище шум є ключовим фактором підтримки цілісності всієї системи. Оскільки цей шум може впливати на аналіз і зчитування квантовим комп’ютером, інженери та вчені в усьому світі намагаються знайти способи знизити цей шум, зберігаючи поточні рівні зв’язку між кубітами. Останні дослідження від MIT пропонує можливий новий метод контролю шуму під час посилення квантових сигналів за допомогою процесу, відомого як здавлювання. З їх результатами, опублікованими в Фізика природи, Дослідники сподіваються, що стискання можна використовувати для створення більш надійних компонентів для квантового комп’ютера.

Правопис Віджимання

За словами першого автора та аспіранта MIT Джек Цю, стиснення працює шляхом перерозподілу шуму навколишнього середовища від однієї змінної до іншої, так що загальна кількість шуму є однаковою, але меншою за одним параметром. Як пояснив далі Цю: «Квантова властивість, відома як принцип невизначеності Гейзенберга, вимагає додавання мінімальної кількості шуму під час процесу посилення, що призводить до так званої «стандартної квантової межі» фонового шуму. Однак спеціальний пристрій під назвою a Джозефсон параметричний підсилювач може зменшити додатковий шум, «стиснувши» його нижче фундаментальної межі шляхом ефективного перерозподілу в іншому місці».

Цей перерозподіл особливо корисний, коли дослідники зосереджені на одному конкретному параметрі в системі. «Квантова інформація представлена ​​у сполучених змінних, наприклад, амплітуді та фазі електромагнітних хвиль», — додав Цю. «Однак у багатьох випадках дослідникам достатньо виміряти одну з цих змінних — амплітуду або фазу — щоб визначити квантовий стан системи. У цих випадках вони можуть «стискати шум»: знижуючи його для однієї змінної, скажімо, амплітуди, підвищуючи при цьому для іншої, у цьому випадку фази. Загальна кількість шуму залишається незмінною завдяки принципу невизначеності Гейзенберга. Тим не менш, його розподіл можна сформувати таким чином, щоб були можливі менш шумні вимірювання однієї зі змінних».

Реалізація стискання в системі та посилення квантових сигналів

У своєму експерименті Цю та його команда зосередилися на використанні нового типу пристрою для ініціювання стискання. «У цій роботі ми представляємо новий тип параметричного підсилювача біжучої хвилі Джозефсона (JTWPA), розробленого за допомогою дисперсії, призначеного для стиснення», — заявив Цю. «Пристрій містить багато джозефсонівських переходів [переходів, що містять надпровідні струми], з’єднаних послідовно, і періодично навантажуваних резонаторів фазового узгодження для підтримки роботи з подвійним насосом». За допомогою цього пристрою дослідники могли точно налаштувати всю свою систему, дозволяючи фотонам об’єднуватися в сильніші та посилені квантові сигнали. Результати, отримані за допомогою цього нового пристрою та експериментальної установки, були вражаючими. «Ця архітектура дозволила [квантовим сигналам] зменшити потужність шуму в 10 разів нижче фундаментальної квантової межі, працюючи зі смугою посилення 3.5 гігагерца», — пояснив Цю. «Цей діапазон частот майже на два порядки вище, ніж у попередніх пристроїв. Наш пристрій також демонструє широкосмугову генерацію заплутаних пар фотонів, що може дозволити дослідникам ефективніше зчитувати квантову інформацію з набагато вищим співвідношенням сигнал/шум».

Оскільки поточний розвиток квантових комп’ютерів спрямований на покращення квантових сигналів між кубітами, одночасно знижуючи шум навколишнього середовища, результати цього експерименту можуть бути важливими. Оскільки Цю та його команда продовжують досліджувати цей процес, вони сподіваються, що їхня робота може вплинути на інших у квантовій індустрії. Як сказав Цю: «Це має величезний потенціал, якщо застосувати його до інших квантових систем — для взаємодії з системою кубітів, щоб покращити зчитування, або сплутати кубіти, або розширити робочий діапазон частот пристрою, який буде використовуватися для виявлення темної матерії та покращення. його ефективність виявлення».

Кенна Хьюз-Кастлберрі є штатним автором Inside Quantum Technology і науковим комунікатором JILA (партнерство між Університетом Колорадо в Боулдері та NIST). Її ритми написання включають глибинні технології, метавсесвіт і квантові технології.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/