Η διόρθωση κβαντικού σφάλματος θα ενεργοποιήσει τα κβαντικά τηλεσκόπια

Ερευνητές από την Αυστραλία και τη Σιγκαπούρη εργάζονται σε μια νέα κβαντική τεχνική που θα μπορούσε να ενισχύσει το οπτικό VLBI. Είναι γνωστό ως Stimulated Raman Adiabatic Passage (STIRAP), το οποίο επιτρέπει τη μεταφορά κβαντικών πληροφοριών χωρίς απώλειες. Όταν αποτυπωθεί σε έναν κβαντικό κώδικα διόρθωσης σφαλμάτων, αυτή η τεχνική θα μπορούσε να επιτρέψει παρατηρήσεις VLBI σε προηγουμένως απρόσιτα μήκη κύματος. Μόλις ενσωματωθεί με όργανα επόμενης γενιάς, αυτή η τεχνική θα μπορούσε να επιτρέψει πιο λεπτομερείς μελέτες για τις μαύρες τρύπες, τους εξωπλανήτες, το ηλιακό σύστημα και τις επιφάνειες μακρινών αστεριών.

Η τεχνική της συμβολομετρίας αποτελείται από το συνδυασμό φωτός από πολλαπλά τηλεσκόπια για τη δημιουργία εικόνων ενός αντικειμένου που διαφορετικά θα ήταν πολύ δύσκολο να επιλυθούν. Η συμβολομετρία πολύ μεγάλης γραμμής βάσης αναφέρεται σε μια συγκεκριμένη τεχνική που χρησιμοποιείται στη ραδιοαστρονομία όπου σήματα από μια αστρονομική ραδιοφωνική πηγή (μαύρες τρύπες, κβάζαρ, πάλσαρ, νεφελώματα σχηματισμού άστρων, κ.λπ.) συνδυάζονται για να δημιουργήσουν λεπτομερείς εικόνες της δομής και της δραστηριότητάς τους. Τα τελευταία χρόνια, το VLBI έχει δώσει τις πιο λεπτομερείς εικόνες των αστεριών που περιφέρονται γύρω από τον Τοξότη Α* (Sgr A*), το SMBH στο κέντρο του γαλαξία μας.

Μπορούμε ήδη να κάνουμε συμβολομετρία μεγάλης γραμμής βάσης στον φούρνο μικροκυμάτων. Ωστόσο, αυτό το έργο γίνεται πολύ δύσκολο στις οπτικές συχνότητες, επειδή ακόμη και τα ταχύτερα ηλεκτρονικά δεν μπορούν να μετρήσουν άμεσα τις ταλαντώσεις του ηλεκτρικού πεδίου σε αυτές τις συχνότητες.

Η διαδικασία που οραματίζονται θα περιλαμβάνει τη συνεκτική σύζευξη του αστρικού φωτός σε «σκοτεινές» ατομικές καταστάσεις που δεν ακτινοβολούν. Το επόμενο βήμα, είπε ο Huang, είναι η σύζευξη του φωτός με τη διόρθωση κβαντικού σφάλματος (QEC), μια τεχνική που χρησιμοποιείται στον κβαντικό υπολογισμό για την προστασία των κβαντικών πληροφοριών από σφάλματα λόγω αποσυνοχής και άλλου «κβαντικού θορύβου».

Arxiv – Αστέρια απεικόνισης με κβαντική διόρθωση σφαλμάτων.

Ο συνδυασμός του φωτός από τα τηλεσκόπια σε ολόκληρο τον πλανήτη θα επέτρεπε την άμεση απεικόνιση πλανητών σε άλλα ηλιακά συστήματα. Το φως του άστρου θα έπρεπε να είναι θωρακισμένο, ώστε να μπορούμε να δούμε τον εξωπλανήτη λεπτομερώς.

Υπάρχει δουλειά για τη δημιουργία διαστημικών αστεριών για μεγάλα επίγεια τηλεσκόπια. Άλλοι ερευνητές εργάζονται για έναν εξαιρετικά ελαφρύ επανασχεδιασμό που θα μπορεί να κατασκευαστεί ή να συναρμολογηθεί στο διάστημα.

Υπάρχουν κβαντικοί υπολογιστές με δεκάδες – ή σύντομα εκατοντάδες – qubits γίνονται διαθέσιμοι. Πολλές ερευνητικές προσπάθειες έχουν επικεντρωθεί στη χρήση τέτοιων θορυβωδών συσκευών κβαντικής ενδιάμεσης κλίμακας (NISQ) για την επίδειξη ικανοτήτων που ξεπερνούν τους κλασικούς υπολογιστές. Εδώ, έχουμε προτείνει μια εφαρμογή για μια τέτοια συσκευή NISQ για απεικόνιση, όπου προστατεύουμε τις πληροφορίες που κωδικοποιούνται στο λαμβανόμενο αστρικό φως. Για τον κυρίαρχο τύπο θορύβου - dephasing - δείχνουμε ότι ένα σημαντικό πλεονέκτημα μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας ακόμη και έναν απλό κωδικό επανάληψης. Για τύπους θορύβου (ακόμα και αντιπάλους) που καταστρέφουν μέχρι ένα συγκεκριμένο κλάσμα των qubits.

Οι ερευνητές του τηλεσκοπίου βρίσκουν το όριο —9.4%— για το οποίο μπορούν να διατηρηθούν οι κβαντικές πληροφορίες Fisher. Αυτό το όριο είναι σημαντικά λιγότερο αυστηρό από αυτό που απαιτείται για τον κβαντικό υπολογισμό. Για καθαρή αφαίρεση, μπορούν να ανεχθούν ποσοστά σφάλματος έως και 50%. Αυτό σημαίνει ότι τα τηλεσκόπια που διορθώνονται με κβαντικά σφάλματα είναι ευκολότερα από τους κβαντικούς υπολογιστές με διορθωμένα σφάλματα.

Αναμένουν ότι αξιοποιώντας τη θεωρία του ανεκτικού σε σφάλματα κβαντικού υπολογισμού, το σχήμα τους μπορεί να επιτύχει υψηλό QFI ακόμη και με ατελή λειτουργία QEC.