麻省理工学院的研究人员开发出在降低噪声的同时放大量子信号的新方法

由于量子计算机中量子位的脆弱性和敏感性，环境 噪声 是维持整个系统完整性的关键因素。 由于这种噪声会影响量子计算机的分析和读出，因此世界各地的工程师和科学家都在努力寻找降低这种噪声的方法，同时保持量子位之间当前的通信水平。 最近的 研究 止 麻省理工学院简介 提出了一种可能的噪声控制新方法，同时通过使用称为 挤压. 他们的结果发表在 自然物理学, 研究人员希望可以利用压缩来为量子计算机创建更强大的组件。

拼写挤压

根据第一作者和麻省理工学院研究生的说法 杰克邱, squeezing 的工作原理是将环境噪声从一个变量重新分配到另一个变量，这样噪声总量是一样的，只是在一个参数上少了一点。 正如 Qiu 进一步解释的那样：“被称为海森堡不确定性原理的量子特性要求在放大过程中添加最少量的噪声，从而导致所谓的背景噪声的‘标准量子极限’。 然而，一种叫做 约瑟夫森 参量放大器可以通过将其有效地重新分配到其他地方，将其“压缩”到基本极限以下，从而减少增加的噪声。”

当研究人员专注于系统中的一个特定参数时，这种重新分配特别有用。 “量子信息以共轭变量表示，例如，电磁波的振幅和相位，”邱补充道。 “然而，在许多情况下，研究人员只需要测量其中一个变量——振幅或相位——就可以确定系统的量子态。 在这些情况下，他们可以“压缩噪声”：降低一个变量的噪声，比如振幅，同时提高另一个变量的噪声，在本例中为相位。 由于海森堡不确定性原理，噪声总量保持不变。 尽管如此，它的分布还是可以调整的，这样就可以对其中一个变量进行噪声较小的测量。”

在系统中实施压缩并增强量子信号

在他们的实验中，邱和他的团队专注于使用一种新型设备来启动挤压。 “在这项工作中，我们介绍了一种新型的色散工程约瑟夫森行波参量放大器 (JTWPA)，专为压缩而设计，”邱说。 “该设备包括许多串联的约瑟夫森结 [包含超导电流的结] 和周期性加载的相位匹配谐振器，以支持双泵运行。” 有了这个设备，研究人员可以微调他们的整个系统，让光子结合成更强、更放大的量子信号。 他们使用这种新设备和实验装置发现的结果令人兴奋。 “这种架构使 [量子信号] 能够将噪声功率降低到基本量子极限以下 10 倍，同时在 3.5 GHz 的放大带宽下运行，”Qiu 解释道。 “这个频率范围几乎比以前的设备高两个数量级。 我们的设备还展示了纠缠光子对的宽带生成，这可以使研究人员以更高的信噪比更有效地读出量子信息。”

由于当前量子计算机的发展正在努力改善量子位之间的量子信号，同时降低环境噪声，因此该实验的结果可能很重要。 随着邱和他的团队继续研究这一过程，他们希望他们的工作能够影响量子行业的其他人。 正如 Qiu 所说：“如果将其应用于其他量子系统，它具有巨大的潜力——与量子位系统接口以增强读出，或纠缠量子位，或扩展设备工作频率范围以用于暗物质检测并改进它的检测效率。”

Kenna Hughes-Castleberry 是 Inside Quantum Technology 的特约撰稿人和 JILA（科罗拉多大学博尔德分校与 NIST 的合作机构）的科学传播者。 她的写作节奏包括深度技术、元宇宙和量子技术。

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• Sumber: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise/