Kuantum bilgisayarlar, temel görevlerde geleneksel bilgisayarları geride bırakabilir, ancak sonuçta kuantum bilgilerinin kaybına yol açan ve günümüzün kuantum cihazlarını sınırlayan hatalara eğilimlidirler. Bu nedenle, büyük ölçekli kuantum bilgi işlemcilerine ulaşmak için bilim adamlarının kuantum hatalarını düzeltmeye yönelik stratejiler geliştirmesi ve uygulaması gerekiyor.

Paris merkezli kuantum bilgisayar firmasındaki araştırmacılar Alice ve BobFransa'nın ENS-PSL ve ENS de Lyon'daki meslektaşlarıyla birlikte, sözde istikrarı ve kontrolü artırarak bir çözüme doğru önemli adımlar attılar. kedi kübitleri. Adını Erwin Schrödinger'in ünlü düşünce deneyinden alan bu kuantum bitleri, mantıksal durumları olarak bir kuantum rezonatörünün tutarlı durumlarını kullanır. Cat kübitleri kuantum hata düzeltmesi için ümit vericidir çünkü uyumlu durumlardan inşa edilmişlerdir, bu da onları çevreden kaynaklanan belirli hata türlerine karşı doğası gereği dayanıklı kılar.

Yeni bir ölçüm protokolü

Kuantum bitleri iki tür hatadan muzdariptir: faz kaymaları ve bit kaymaları. Kuantum hesaplamada, bit çevirme, klasik bir bitin 0'dan 1'e çevrilmesine benzer şekilde, bir kubitin durumunu |0⟩'dan |1⟩'ye veya tam tersi şekilde değiştiren bir hatadır. Öte yandan, faz çevirme, bir kübitin süperpozisyon durumunun |0⟩ ve |1⟩ bileşenleri arasındaki göreceli fazı değiştiren bir hata. Cat kübitleri, kübiti sistemle tercihen foton çiftleri alışverişi yapan bir ortama bağlayarak bit çevirme hatalarına karşı stabilize edilebilir. Bu, bit kaymaları oluşturan bazı hataların etkilerini bağımsız olarak ortadan kaldırır ve kuantum durumunun istenen hata düzeltilmiş alt uzayda kalmasını sağlar. Ancak kuantum hatasını düzeltmenin zorluğu sadece kubitleri stabilize etmekle ilgili değil. Aynı zamanda onları sabit tutan mekanizmaları bozmadan kontrol etmekle de ilgilidir.

In İlk yayınlanan bir çift çalışmanın arXiv Alice & Bob, ENS-PSL ve ENS de Lyon'daki araştırmacılar, ön baskı sunucusunda yer alan ve henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş olan araştırmacılar, bit çevirme süresini 10 saniyenin üzerine çıkarmanın bir yolunu buldular; bu, önceki cat-qubit uygulamalarından dört kat daha uzundu. – hala kedi kübitini tam olarak kontrol ederken. Bunu, bir çip üzerinde süper iletken bir kuantum rezonatöründe hapsolmuş iki klasik kuantum durumunun kuantum süperpozisyonundan oluşan, kedi kübitlerinde bit-döndürme korumasından ödün vermeyen bir okuma protokolü sunarak başardılar. En önemlisi, bu kubit durumlarını okumak ve kontrol etmek için tasarladıkları yeni ölçüm şeması, daha önce elde edilebilir bit çevirme sürelerini sınırlayan ek fiziksel kontrol elemanlarına dayanmıyor.

Önceki deney tasarımlarında, kedi kübitinin durumunu kontrol etmek ve okumak için süper iletken bir transmon (iki seviyeli bir kuantum elementi) kullanıldı. Burada araştırmacılar, kedi kubiti için iki fotonlu stabilizasyon mekanizmasını sağlayan aynı yardımcı rezonatörü kullanan yeni bir okuma ve kontrol şeması tasarladılar. Bu planın bir parçası olarak, kuantum durumunun paritesini rezonatördeki foton sayısına dönüştüren holonomik kapı adı verilen bir geçit uyguladılar. Foton sayısı eşliği, kedi kubitinin karakteristik bir özelliğidir: iki tutarlı durumun eşit bir süperpozisyonu yalnızca çift foton sayılarının süperpozisyonlarını içerir, oysa aynı süperpozisyon, ancak eksi işaretiyle, yalnızca tek foton sayılarının süperpozisyonlarını içerir. Bu nedenle eşlik, kuantum sisteminin hangi durumda olduğu hakkında bilgi sağlar.

Kedi kübitlerinin stabilizasyonunun yeniden tasarlanması

Alice ve Bob ekibi kuantum süperpozisyon durumlarını hazırladı ve görüntüledi, aynı zamanda bu süperpozisyonların fazını da kontrol etti ve 10 saniyenin üzerinde bir bit çevirme süresini ve 490 ns'den daha uzun bir faz çevirme süresini korudu. Bununla birlikte, kedi kübitlerine dayanan büyük ölçekli, hata düzeltmeli bir kuantum bilgisayarının tam olarak gerçekleştirilmesi, yalnızca iyi kontrol ve hızlı okuma gerektirmeyecek, aynı zamanda kedi kübitinin hesaplamaları gerçekleştirmek için yeterince uzun süre sabit kalmasını sağlayacak bir araç da gerektirecektir. Alice & Bob ve ENS de Lyon'dan araştırmacılar bu önemli ve zorlu görevi ele aldılar. ikinci çalışmada.

Stabilize edilmiş bir kedi kubiti gerçekleştirmek için sistem, aynı anda yalnızca iki fotonu dağıtırken foton çiftlerini enjekte eden iki fotonlu bir işlemle çalıştırılabilir. Bu genellikle kedi kübitinin yardımcı bir rezonatöre bağlanması ve asimetrik dişli SQUID (ATS) adı verilen bir elemanın hassas şekilde ayarlanmış mikrodalga darbeleriyle pompalanmasıyla yapılır.. Ancak bu yaklaşım, ısı oluşumu, istenmeyen süreçlerin etkinleştirilmesi ve hacimli mikrodalga elektroniklerinin gerekliliği gibi önemli dezavantajları da beraberinde getirir.

Bu sorunları azaltmak için araştırmacılar, iki fotonlu dağıtma mekanizmasını, böyle bir ek pompa gerektirmeyecek şekilde yeniden tasarladılar. ATS yerine, cat kübiti, çoklu Josephson bağlantılarından oluşan doğrusal olmayan bir eleman aracılığıyla kayıplı bir yardımcı moda bağlı süper iletken bir osilatör modunda uyguladılar. Josephson elemanı, iki cat kübit fotonun enerjisini yardımcı rezonatördeki bir fotonun enerjisiyle tam olarak eşleştirmeyi mümkün kılan bir "karıştırıcı" görevi görüyor. Sonuç olarak, otoparametrik olarak adlandırılan bu işlemde, cat qubit rezonatöründeki foton çiftleri, herhangi bir ek mikrodalga pompasına gerek kalmadan tampon modundaki tek bir fotona dönüştürülür.

Ekip, simetrik yapıya sahip bir süper iletken devre tasarlayarak, aynı Josephson elemanı aracılığıyla yüksek kaliteli bir rezonatörü düşük kaliteli bir rezonatörle birleştirmeyi başardı. Böylelikle iki foton dağılım oranını önceki sonuçlara kıyasla 10 kat artırdılar; bit çevirme süresi bir saniyeye yaklaştı; bu durumda transmon tarafından sınırlandı. Hızlı kübit manipülasyonu ve kısa hata düzeltme döngüleri için yüksek bir iki foton dağılım hızına ihtiyaç vardır. Bunlar, cat kübitlerinin tekrarlama kodunda kalan faz çevirme hatalarını düzeltmek için çok önemlidir.

Kedi kübitleriyle gelecekteki uygulamalar

Gerhard KirchmairAvusturya Innsbruck'taki Kuantum Optiği ve Kuantum Bilgi Enstitüsü'nden fizikçi olan ve her iki çalışmaya da dahil olmayan fizikçi, her iki çalışmanın da tamamen hata düzeltmeli bir kübitin gerçekleştirilmesine yönelik önemli adımları tanımladığını söylüyor. Kirchmair, "Bunlar tam teşekküllü hata düzeltmeye yönelik sonraki adımlardır" diyor. "Bu sistemlerde bit kaymalarına karşı üstel koruma sağlamanın mümkün olduğunu açıkça gösteriyorlar, bu da bu yaklaşımın tam kuantum hata düzeltmesini gerçekleştirmek için uygun olduğunu gösteriyor."

Araştırmacılar önemli engellerin varlığını sürdürdüğünü kabul ediyor. Holonomik geçit protokolünü kullanan okumanın doğruluğu oldukça sınırlı olduğundan, bunu iyileştirmenin yollarını bulmak istiyorlar. Birden fazla kedi kübiti içeren geçitlerin gösterilmesi ve doğal bit-döndürme korumasının devam edip etmediğini kontrol etmek bir başka önemli adım olacaktır. Dahası, Alice & Bob'un kurucu ortağı Raphaël Lescanne, foton çiftlerini değiştirmek için yeni otoparametrik cihaz kurulumuyla, yalnızca iki yerine dört farklı tutarlı durum kullanarak bir kedi kubitini stabilize edebileceğini öngörüyor. "Amacımız, dört bileşenli bir cat-qubit'i stabilize etmek için benzeri görülmemiş doğrusal olmayan birleştirme gücünü kullanmaktır. bünyesinde Lescanne, "Bit çevirme hatası korumasının yanı sıra faz çevirme hatası koruması da var" diyor.

Kirchmair, bu sonuçların, bit çevirme hızının kalan faz çevirme hızından çok daha düşük olduğu, gürültü ağırlıklı bu kübitlere dayanan daha ayrıntılı hata düzeltme şemalarının önünü açtığına inanıyor. Kirchmair, "Sonraki adımlar, bu sistemi faz geçişlerini de düzeltecek şekilde ölçeklendirmek ve böylece tamamen hata düzeltmeli bir kübit elde etmek olacak" dedi. Fizik dünyası. "Her iki sonuçtan en iyi şekilde yararlanmak ve bit çevirme sürelerini daha da iyileştirmek için her iki yaklaşımın tek bir sistemde birleştirildiği bile hayal edilebilir."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/cat-qubits-reach-a-new-level-of-stability/