Vanwege de kwetsbaarheid en gevoeligheid van de qubits binnen een kwantumcomputer, milieu lawaai is een sleutelfactor bij het handhaven van de integriteit van het hele systeem. Omdat deze ruis de analyse en uitlezing door een kwantumcomputer kan beïnvloeden, proberen ingenieurs en wetenschappers over de hele wereld manieren te vinden om deze ruis te verminderen en tegelijkertijd de huidige communicatieniveaus tussen qubits te behouden. Recent onderzoek oppompen van MIT suggereert een mogelijke nieuwe methode voor ruisbeheersing terwijl kwantumsignalen worden versterkt door gebruik te maken van een proces dat bekend staat als knijpen. Met hun resultaten gepubliceerd in Natuurfysica, de onderzoekers hebben goede hoop dat knijpen kan worden gebruikt bij het maken van robuustere componenten voor een kwantumcomputer.

Knijpen uitschrijven

Volgens de eerste auteur en afgestudeerde MIT-student Jack Qiu, werkt knijpen door het herverdelen van omgevingsgeluid van de ene variabele naar een andere variabele, zodat de totale hoeveelheid ruis hetzelfde is, alleen minder op één parameter. Zoals Qiu verder uitlegde: “Een kwantumeigenschap die bekend staat als het onzekerheidsprincipe van Heisenberg vereist dat er een minimale hoeveelheid ruis wordt toegevoegd tijdens het versterkingsproces, wat leidt tot de zogenaamde ‘standaard kwantumlimiet’ van achtergrondgeluid. Er is echter een speciaal apparaat genaamd a Josephson Een parametrische versterker kan de toegevoegde ruis verminderen door deze onder de fundamentele limiet te ‘knijpen’ door deze effectief elders te herverdelen.”

Deze herverdeling is vooral nuttig wanneer onderzoekers zich concentreren op één specifieke parameter in het systeem. “Kwantuminformatie wordt weergegeven in de geconjugeerde variabelen, bijvoorbeeld de amplitude en fase van elektromagnetische golven,” voegde Qiu toe. “In veel gevallen hoeven onderzoekers echter slechts één van deze variabelen te meten – de amplitude of de fase – om de kwantumtoestand van het systeem te bepalen. In deze gevallen kunnen ze de ruis 'knijpen': ze verlagen deze voor de ene variabele, bijvoorbeeld de amplitude, terwijl ze deze verhogen voor de andere, in dit geval de fase. De totale hoeveelheid geluid blijft hetzelfde vanwege het onzekerheidsprincipe van Heisenberg. Toch kan de verdeling ervan zo worden vormgegeven dat er minder luidruchtige metingen mogelijk zijn op een van de variabelen.”

Implementatie van knijpen in het systeem en het versterken van kwantumsignalen

In hun experiment concentreerden Qiu en zijn team zich op het gebruik van een nieuw type apparaat om knijpen te initiëren. "In dit werk introduceren we een nieuw type door dispersie ontworpen Josephson reizende golf parametrische versterker (JTWPA), ontworpen voor knijpen", aldus Qiu. "Het apparaat bevat veel Josephson-overgangen [overgangen die supergeleidende stromen bevatten] in serie en periodiek geladen fase-aanpassingsresonatoren om de werking van dubbele pompen te ondersteunen." Met dit apparaat konden de onderzoekers hun hele systeem verfijnen, waardoor fotonen konden worden gecombineerd tot sterkere en versterkte kwantumsignalen. De resultaten die ze vonden met dit nieuwe apparaat en de experimentele opstelling waren opwindend. “Deze architectuur maakte het voor [de kwantumsignalen] mogelijk om het ruisvermogen met een factor 10 onder de fundamentele kwantumlimiet te verminderen, terwijl ze werkten met een versterkingsbandbreedte van 3.5 gigahertz”, legt Qiu uit. “Dit frequentiebereik is bijna twee ordes van grootte hoger dan bij eerdere apparaten. Ons apparaat demonstreert ook de breedbandgeneratie van verstrengelde fotonparen, waardoor onderzoekers kwantuminformatie efficiënter kunnen uitlezen met een veel hogere signaal-ruisverhouding.”

Omdat de huidige ontwikkeling van kwantumcomputers eraan werkt om kwantumsignalen tussen qubits te verbeteren en tegelijkertijd de omgevingsruis te verminderen, kunnen de resultaten van dit experiment van belang zijn. Terwijl Qiu en zijn team dit proces blijven onderzoeken, hebben ze goede hoop dat hun werk anderen in de kwantumindustrie kan beïnvloeden. Zoals Qiu zei: “Het heeft een enorm potentieel als je het toepast op andere kwantumsystemen – om te communiceren met een qubit-systeem om de uitlezing te verbeteren, of om qubits te verstrengelen, of om het werkfrequentiebereik van het apparaat uit te breiden om te worden gebruikt bij de detectie van donkere materie en om de de detectie-efficiëntie.”

Kenna Hughes-Castleberry is een stafschrijver bij Inside Quantum Technology en de Science Communicator bij JILA (een samenwerking tussen de University of Colorado Boulder en NIST). Haar schrijfritmes omvatten deep tech, de metaverse en kwantumtechnologie.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/mit-researchers-develop-new-way-to-amplify-quantum-signals-while-reducing-noise-2/