Naukowcy zmierzyli mechaniczny układ kwantowy bez jego niszczenia

Jest główny aspekt Statystyki ilościowe Być może wcześniej o tym nie pomyślałeś. Nazywane „nieniszczącymi pomiarami kwantowymi”, odnoszą się do obserwacji pewnych stanów kwantowych bez ich niszczenia w procesie.

Gdybyśmy mieli połączyć komputer kwantowy współpracujący, byłoby oczywiście korzystne, aby nie ulegać awarii co sekundę podczas wykonywania obliczeń. Teraz naukowcy opisali nową technikę rejestrowania nieniszczących pomiarów kwantowych, która daje wiele nadziei.

W tym przypadku badania dotyczyły układów mechaniki kwantowej – obiektów, które są stosunkowo duże z punktu widzenia obliczeń kwantowych, ale dla nas za małe. Wykorzystują ruch mechaniczny (taki jak wibracje) do obsługi niezbędnej magii kwantowej i można je również łączyć z innymi systemami kwantowymi.

„Nasze wyniki otwierają drzwi do wykonywania bardziej złożonych algorytmów kwantowych przy użyciu systemów mechanicznych, takich jak kwantowa korekcja błędów i operacje wielotrybowe” – napisali naukowcy. opublikowany artykuł.

Na potrzeby tego badania zespół umieścił cienki pasek wysokiej jakości szafiru o grubości mniejszej niż pół milimetra. Chudy przetwornik piezoelektryczny Był używany do wzbudzania fal dźwiękowych, poruszających się jednostek energii, takich jak fotony, które teoretycznie można by poddać procesom obliczeń kwantowych. Technicznie rzecz biorąc, to urządzenie jest znane jako rezonator akustyczny.

To była pierwsza część konfiguracji. Aby wykonać pomiar, rezonator akustyczny został sparowany z kubity nadprzewodzące – te podstawowe elementy składowe komputera kwantowego, które mogą jednocześnie posiadać wartość 1 i 0, na których firmy takie jak Google i IBM zbudowały już prymitywne Komputery kwantowe.

Hybrydowe urządzenie zespołu z chipem rezonatora akustycznego na chipie nadprzewodzącym-kubitowym. (von Lüpke i in., Nat Phys, 2022)

Uzależniając stan kubitu nadprzewodzącego od liczby fotonów w rezonatorze akustycznym, naukowcy mogą odczytać tę liczbę fotonów bez faktycznej interakcji z nimi lub przenoszenia jakiejkolwiek energii.

Opisują ją jako podobną do grania na thereminie, dziwnym instrumencie muzycznym, którego nie trzeba dotykać, aby wydobyć dźwięk.

Skompilowanie odpowiednika obliczeń kwantowych nie było łatwym zadaniem: stany kwantowe są zwykle krótkotrwałe, a częścią innowacji w tej technice był sposób, w jaki te stany były wyodrębniane przez dłuższy czas. Zespół dokonał tego częściowo poprzez dobór materiałów, a częściowo poprzez nadprzewodzącą aluminiową wnękę, która zapewnia ekranowanie elektromagnetyczne.

W innych eksperymentach byli w stanie wyprowadzić tak zwaną „skalę walencyjną” systemu mechaniki kwantowej.

Miernik równoważności ma kluczowe znaczenie dla różnych technik ilościowych, szczególnie w przypadku systemów debugowania – i żaden komputer nie może działać prawidłowo, jeśli regularnie popełnia błędy.

„Łącząc rezonatory mechaniczne z obwodami nadprzewodnikowymi, akustyka kwantowa obwodów może zapewnić szereg ważnych narzędzi do manipulowania i pomiaru kinetycznych stanów kwantowych” pisać badacze.

To wszystko jest na bardzo wysokim poziomie z punktu widzenia fizyki kwantowej, ale najważniejsze jest to, że jest to ważny krok naprzód w jednej z technologii, która może ostatecznie stanowić podstawę dla komputerów kwantowych w przyszłości, szczególnie pod względem integracji różnych typów systemy razem.

Hybrydowy rezonator kubitowy, taki jak ten opisany w tym badaniu, prawdopodobnie zapewnia najlepsze wyniki z dwóch różnych obszarów badań: możliwości obliczeniowych kubitów nadprzewodzących i stabilności układów mechanicznych. Naukowcy wykazali teraz, że informacje z takiego urządzenia można wydobyć w sposób nieniszczący.

Jest dużo pracy do wykonania — gdy zadanie pomiaru stanów zostanie dopracowane i zakończone, stany te muszą zostać wykorzystane i zmanipulowane, aby były użyteczne — ale ogromny potencjał systemów obliczeń kwantowych mógł właśnie zbliżyć je o kolejny krok .

„Tutaj pokazujemy bezpośrednie pomiary rozkładu numerów telefonicznych i równoważności nieklasycznych stanów mechanicznych” pisać badacze.

„Te pomiary są jednymi z elementów budujących pamięć i procesory kwantowe”.

Wyszukiwanie zostało opublikowane w Fizyka Przyrody.