Το γεγονός ότι οι πληροφορίες κωδικοποιούνται χρησιμοποιώντας κβαντικά συστήματα που είναι επιρρεπή σε θόρυβο και παρεμβολές, που καταλήγουν σε σφάλματα, αποτελεί σημαντικό εμπόδιο για την ανάπτυξη ενός ρεαλιστικά βιώσιμου κβαντικού υπολογιστή. Η ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών αντιμετωπίζει μεγάλη δυσκολία στη διόρθωση αυτών των σφαλμάτων. Η αντικατάσταση των qubits με συντονιστές, κβαντικών συστημάτων με πιο συγκεκριμένες καταστάσεις από απλώς δύο, προσφέρει μια βιώσιμη εναλλακτική λύση. Αυτές οι καταστάσεις μπορούν να συγκριθούν με μια χορδή κιθάρας, η οποία μπορεί να δονείται με πολλούς διαφορετικούς τρόπους.
Ωστόσο, ο έλεγχος των καταστάσεων ενός αντηχείου είναι μια πρόκληση. Τώρα, η κβαντική τεχνολογία στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Chalmers έχει αναπτύξει μια τεχνική για τον έλεγχο των κβαντικών καταστάσεων του φωτός σε μια τρισδιάστατη κοιλότητα. Η τεχνική επιτρέπει στους επιστήμονες να δημιουργήσουν ουσιαστικά όλες τις κβαντικές καταστάσεις φωτός που είχαν αποδειχθεί προηγουμένως.
Simone Gasparinetti, η οποία είναι επικεφαλής μιας ερευνητικής ομάδας σε πειραματικά κβαντική φυσική στο Chalmers και ένας από τους ανώτερους συγγραφείς της μελέτης, είπε, «Δείξαμε ότι η τεχνολογία μας είναι εφάμιλλη με την καλύτερη στον κόσμο».
Η Marina Kudra, διδακτορική φοιτήτρια στο Τμήμα Μικροτεχνολογίας και Νανοεπιστήμης και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, είπε: «Η κατάσταση της κυβικής φάσης είναι κάτι που πολλοί κβαντικοί επιστήμονες προσπαθούν να δημιουργήσουν στην πράξη εδώ και είκοσι χρόνια. Το γεγονός ότι καταφέραμε τώρα να το κάνουμε αυτό για πρώτη φορά δείχνει πόσο καλά λειτουργεί η τεχνική μας, αλλά η πιο σημαντική πρόοδος είναι ότι υπάρχουν τόσες πολλές καταστάσεις ποικίλης πολυπλοκότητας και βρήκαμε μια τεχνική που μπορεί να δημιουργήσει οποιαδήποτε από αυτές. ”
Οι επιστήμονες έλεγξαν τις κβαντομηχανικές ιδιότητες του φωτόνια εφαρμόζοντας ένα σύνολο ηλεκτρομαγνητικών παλμών που ονομάζονται πύλες. Χρησιμοποίησαν έναν αλγόριθμο για να βελτιστοποιήσουν μια συγκεκριμένη ακολουθία από απλές πύλες μετατόπισης και σύνθετες πύλες SNAP για να δημιουργήσουν την κατάσταση των φωτονίων. Όταν οι σύνθετες πύλες αποδείχθηκαν υπερβολικά μεγάλες, οι επιστήμονες ανακάλυψαν μια λύση για να τις συντομεύσουν μεγιστοποιώντας τους ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς με βέλτιστες τεχνικές ελέγχου.
Ο Simone Gasparinetti είπε, «Η δραστική βελτίωση στην ταχύτητα των πυλών SNAP μας επέτρεψε να μετριάζουμε τις επιπτώσεις της αποσυνοχής στον κβαντικό ελεγκτή μας, ωθώντας αυτήν την τεχνολογία ένα βήμα μπροστά. Έχουμε δείξει πλήρη έλεγχο του κβαντομηχανικού μας συστήματος».
Η Marina Kudra είπε, «Ή, για να το θέσω πιο ποιητικά, αιχμαλώτισα το φως σε ένα μέρος όπου ευδοκιμεί και το διαμόρφωσα σε μερικές πραγματικά όμορφες μορφές».
Ένα ανώτερο φυσικό σύστημα ήταν επίσης απαραίτητο για την επίτευξη αυτού του στόχου.
Per Delsing είπε, «Στο Chalmers, έχουμε την πλήρη στοίβα για την κατασκευή ενός κβαντικός υπολογιστής, από τη θεωρία στο πείραμα, όλα κάτω από μια στέγη. Η επίλυση της πρόκλησης της διόρθωσης σφαλμάτων είναι ένα σημαντικό εμπόδιο στην ανάπτυξη μεγάλης κλίμακας κβαντικών υπολογιστών και τα αποτελέσματά μας είναι απόδειξη της κουλτούρας και των τρόπων εργασίας μας».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Marina Kudra, Mikael Kervinen, Ingrid Strandberg, κ.ά. Ισχυρή προετοιμασία αρνητικών καταστάσεων Wigner με βελτιστοποιημένες ακολουθίες μετατόπισης SNAP. Κβαντικό PRXΕ DOI: 10.1103/PRXQuantum.3.030301
