Kiiresti vahetuvad footonid loovad kvaliteetse kvantvärava – füüsikamaailma

Kvantarvutid võivad teaduses revolutsiooni teha, kuid nendes töötavad kvantbitid (kubitid) on haprad. Seega on kvantarvutuste jaoks ülioluline võimalus nende kubitidega kiiresti manipuleerida, enne kui interaktsioon nende keskkonnaga põhjustab neis sisalduva kvantinformatsiooni lagunemise.

Paljutõotav viis kvantbiti salvestamiseks on kodeerida see kvantresonaatoris, näiteks ülijuhtivas õõnsuses, valguse diskreetsetel energiatasemetel. Mitme sellise õõnsusega manipuleerimine võib aga olla keeruline võltsinteraktsioonide või täiendavate veakanalite tõttu, mis mõjutavad salvestatud kvantteavet. Teadlased alates Yale'i kvantinstituut USA-s on nüüd leitud sellele probleemile osaline lahendus, luues süsteemi, mis edastab footonid kiiresti ühest õõnsusest teise ilma footonite kvantolekuid kahjustamata. See tulemus on oluline samm resonaatoritel põhinevate kvantarvutite kiirete ja kvaliteetsete kvantväravate suunas.

Kiir-jaoturi interaktsiooni projekteerimine TIGU abil

Uuringus, mis on avaldatud aastal PRX Quantum, uurijad aastal Robert Schoelkopfi labor Yale'is kasutas kahe ülijuhtiva mikrolaineõõnsuse vahelise vahetusinteraktsiooni vahendamiseks ühenduselementi nimega SNAIL (ülijuhtiv mittelineaarne asümmeetriline induktiivelement). Häälestades SNAIL-i välise magnetvälja abil, summutasid nad kahe õõnsuse vahelisi võltsinteraktsioone, jättes alles vaid nn.kiire jaotur" interaktsiooni. Sarnaselt lineaarsele optikale, mille puhul saab valguskiire (näiteks) poolläbipaistva peegli abil kaheks jagada, võimaldab see interaktsioon kahel õõnsusel vahetada ergutusi suhtega 50:50 konkreetse interaktsiooniaja jooksul.

Selle demonstreerimiseks initsialiseerisid teadlased ühe resonaatori ühe footoniga, jättes teise resonaatori vaakumisse. Kui nad häälestasid SNAIL-i siduri optimaalsele töörežiimile, jälgisid nad, et kaks õõnsust vahetasid omavahel footoneid 500 korda enne süsteemi dekohereerumist (st see kaotas oma kvantloomuse keskkonnaga jääkinteraktsioonide tõttu). vaid 250 nanosekundit vahetuse kohta.

Üks teadlaste eesmärke oli, et resonaatorid vahetaksid footoneid kiiresti, kui sidestus on sisse lülitatud, tagades samal ajal, et õõnsused ei interakteeru, kui interaktsioon on välja lülitatud, vältides seeläbi salvestatud kvantteabe kahjulikku mõju. Sel eesmärgil mõõtsid teadlased footonite vahetamise kiirust, võrreldes kõige silmatorkavama interaktsiooniga mitte-interakteeruvate perioodide vahel. Nad leidsid, et selle sisse- ja väljalülitussuhte väärtus ületas 10⁵, mis näitab sidestuselemendi põhjustatud minimaalset soovimatut vastasmõju.

"Selles töös esitatud SNAIL-liitmik võimaldab kiiret kiirte-jaoturi interaktsiooni külgnevates õõnsustes kodeeritud kubitite vahel, samal ajal summutades nii interaktsioone, mis võivad halvendada kubiti sidusust, kui ka neid, mis kutsuvad esile kubittide vahel soovimatuid sidemeid," selgitab Stijn de Graaf, Yale'i doktorant ja üks uuringu autoreid. Ta lisab, et mõlemad mõjud piirasid lõppkokkuvõttes varasemaid lähenemisviise.

Footonite kontrollitud vahetamine kubitiga

Oma uue seadistuse esimese rakendusena rakendasid teadlased kahe õõnsuse vahetamise operatsiooni, mida saab juhtida ühe resonaatoriga ühendatud kubitiga. Kui see juhtkubit on põhiolekus, ei vaheta kahe õõnsuse vahel olevaid footoneid, kuid kui juhtkubit on ergastatud, vahetavad olekud õõnsustes kohti.

See niinimetatud kontrollitud SWAP-operatsioon on otsustava tähtsusega värav kvant juhusliku juurdepääsuga mälu (QRAM) ja paljude kvantalgoritmide kvantrakenduste jaoks. Valmistades kontrollkubiti ette võrdses superpositsioonis selle kahe energiataseme vahel, lõi meeskond ka Belli oleku – kahes õõnsuses maksimaalselt takerdunud oleku, mille saab luua õõnsuste vahetatud ja vahetamata olekute võrdsel superpositsioonil.

Rakendus kahe rööpaga kubitidele

Teadlased loodavad, et teised kasutavad oma leide vigadega tuvastatavate väravate perekondade kujundamiseks kvantresonaatorite energiatasemetesse kodeeritud qubitidel. Need nn bosonilised koodid näitavad suurt potentsiaali riistvaratõhusa kvantveaparanduse rakendamiseks, mis on ülioluline suuremahuliste kvantarvutite arendamiseks.

Räniresonaatorid läbivad kvantpõimumise Belli testi

Lähiajal ütleb de Graaf, et meeskonna põhitähelepanu on tööriista kasutamisel, mida nad peavad kasutama, et rakendada äsja pakutud üks peamisi ehitusplokke. ülijuhtiv kaherööpaline kubit. Seda tüüpi kubit kasutab loogiliste olekutena ühte footoni, mis on salvestatud ühte kahest mikrolaineõõnsusest, ning see võimaldab tuvastada ja märgistada konkreetseid vigu. Seejärel saab viga hiljem kvantarvutuses käsitleda. Kui vigu saab tuvastada väga suure efektiivsusega, võib skaleeritav kvantarvutus olla võimalik ilma aktiivse veaparanduseta. Selles töös esitatud kiire kiire jaoturi interaktsioon on seega oluline ehitusplokk üksikute footonite kadumise tuvastamiseks kaherööpalises kubitis, mis on praegu selle riistvaraplatvormi kõige silmatorkavam vigade allikas.

Sinna jõudmine nõuab aga mõningaid tehnilisi täiustusi. "Pole kahtlust, et me tahame jätkuvalt suurendada selle skeemi kõigi toimingute täpsust," ütleb de Graaf. "See võimaldab veamäärasid võimalikult palju alla kvantvigade parandamise läve ja võimaldab meil seetõttu märkimisväärselt vähendada tõrketaluvusega kvantarvuti jaoks vajalike kubitide arvu."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• ChartPrime. Tõsta oma kauplemismängu ChartPrime'iga kõrgemale. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/rapidly-swapping-photons-make-a-high-quality-quantum-gate/