Uzay

Fizikçiler, Hassas Kuantum Bilgisayarları Gürültüden Korumak İçin Bir ‘Kuvvet Alanı’ Öneriyor

0

Bir kuantum bilgisayar yaratmak, gerçekliğin sınırlarını en sessiz dokunuşlarla okşama becerisi gerektirir. Çok fazla ‘gürültü’ ve sistemin hassas durumu çökerek sizi çok pahalı bir kağıt ağırlığı ile karşı karşıya bırakır.

Bunun meydana gelme riskini azaltmanın bir yolu, kuantum bilgisayarların özündeki bulanık gerçeklik durumunu korumaya yardımcı olan kontroller ve dengeler oluşturmaktır – ve şimdi bilim adamları bunu yapmanın yeni bir yolunu önerdiler.

Almanya’daki RWTH Aachen Üniversitesi’nden teorik fizikçiler, bir kuantum bilgisayarda ihtiyaç duyulan kırılgan kübitleri korumaya yardımcı olabileceğini düşündükleri ‘sentetik manyetik alan’ olarak bilinen şeyi önerdiler.

Ekip, makalelerinde, “GKP kuantum hata düzeltme kodunu pasif olarak uygulamak için kullanılabilecek, son teknoloji ürünü süper iletken devre elemanları ve karşılıksız bir cihazdan oluşan bir devre tasarladık” diye yazıyor.

Tasarımın temeli, neredeyse 20 yıllık bir konsepttir (buna birazdan değineceğiz), bu, imkansız derecede güçlü manyetik alan gereksinimine dayanarak mümkün olmayan bir konsept. Yeni yaklaşım bu sorunu aşmaya çalışıyor.

Akıllı telefonunuzun veya masaüstünüzün işlemlerini bildiren katı, bit tabanlı 1’ler ve 0’lar yerine, kuantum hesaplama, sayıları hesaplamak için daha az ikili ve çok daha az kesin bir yaklaşıma dayanır.

Kuantum bitleri veya kübitler, kuantum mekaniğinin olasılığına dayanan dilinin ayrı birimleridir. Yeterince bir araya getirin ve görünüşte rastgele yuvarlanmaları, problem çözmeye farklı ve benzersiz bir yaklaşımın temellerini atıyor.

Kübit tuhaf bir yaratıktır, günlük deneyimimizde gerçek bir karşılığı olmayan bir şeydir. Gözlemlenmemiş, aynı anda 1, 0 veya her ikisinin konumunda olabilir. Ama ona baktığınız anda, kübit tek, daha sıradan bir duruma yerleşiyor.

Fizikte, bu bakma eyleminin kasıtlı bir bakış olması bile gerekmez. Elektromanyetik radyasyonun vızıltısı, komşu bir parçacığın başıboş bir çarpması … ve bu kübit, temel olasılık güçlerini kaybederek kendisini hızla manzaranın bir parçası bulabilir.

Bu ‘gürültü’, cihazları daha fazla kübit içerecek şekilde büyüttüğümüzde daha da kötüleşiyor; bu, kuantum bilgisayarları onlardan beklediğimiz yüksek seviyeli işlemeyi yapabilecek kadar güçlü hale getirmek için gerekli bir şey.

Bir kübitin yararlı olacak kadar uzun süre bulanık kalmasını sağlamak için umut verici bir yöntem, onu başka bir yerde bulunan diğer kübitlerle dolaştırmaktır, yani olasılıkları artık, aynı gürültü tarafından çarpılamayacak bölgelerde oturan diğer eşit derecede bulanık parçacıklara bağlıdır.

Bu doğru yapılırsa, mühendisler bir kuantum hatası düzeltmesi sağlayabilir – bu, kübitin çevredeki gürültülerin ara sıra sallanması, çınlaması ve yuvarlanmasıyla başa çıkmasına izin veren bir sigorta planı.

Ve yeni gazeteye geri döndüğümüz yer burası. 2001 yılında, bir üç araştırmacı – Daniel Gottesman, Alexeir Kitaev ve John Preskill – bu tür bir korumayı, kübitleri tutan devrenin kendine özgü bir özelliği olarak bir alana kodlamanın ve potansiyel olarak daha ince donanıma izin vermenin bir yolunu formüle etti.

Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) kodu olarak tanındı. Sadece bir problem vardı – GKP kodu, bir elektronu sadece iki boyutta yoğun, büyük manyetik alanlar kullanarak pratik olmayan bir şekilde sınırlamaya dayanıyordu. Dahası, hataları tespit etme ve kurtarma süreçleri de oldukça karmaşıktır ve daha da fazla donanım parçası gerektirir.

GKP kodunun avantajlarından gerçekten en iyi şekilde yararlanmak için kuantum mühendisleri, bir kübit bilgisini gürültüden korumak ve kurtarmak için daha pasif, el değmeden bir yaklaşıma ihtiyaç duyacaktır.

Bu yenilikçi yeni öneride, fizikçiler, imkansız büyüklükteki manyetik alanı, hemen hemen aynı amaca hizmet eden bileşenlerden oluşan bir süper iletken devre ile değiştirmeyi, gürültüyü ortadan kaldırmayı öneriyorlar.

Kurulumun teknik özellikleri genel okumaya yönelik değildir, ancak APS Physics’ten Anja Metelmann, ayrıntılar için istekli olanlar için adım adım ilerlemede çok iyi bir iş çıkarmaktadır.

Çalışması için, fotonların – elektromanyetik alandaki elektromanyetik alandaki dalgacıkların, elektronun kuvvetlerini taşıyan – bu alan tarafından manipüle edilmesinin bir yolu olmalı. Fotonun tarafsızlığı göz önüne alındığında, bu bir olasılık değil.

Yine de bir çözüm var. Son yıllarda fizikçiler fotonları kontrol etmenin bir yolunu buldular, böylece bir uzayın optiğini manipüle ederek elektronlar gibi kanalize edilebilsinler, böylece bazı manyetik benzeri özellikler kazanır.

Sözde sentetik manyetik alanlar, fotonların yönlendirilmesine izin vererek, mühendislere ışık dalgalarının daha çok bir akım gibi davranmaya zorlanabileceği cihazlar üretmenin bir yolunu veriyor.

Yeni makale, bu sentetik manyetik alanı, bir kristaldeki teorik tek elektronu 2B düzlemle sınırlı olarak korumak için kullanmanın bir yolunu ortaya koyuyor. Genellikle sisteme müdahale eden güçlü, gerçek bir manyetik alana maruz kaldığında nasıl tepki vereceğini görmek için hesaplamalar yaptıklarında, yeni kurulumlarının onu koruyabileceğini gösterdiler.

Ekip, makalelerinde, “Devrenin, yük ve akı gürültüsü gibi süper iletken devrelerdeki yaygın gürültü kanallarına karşı doğal olarak korunduğunu gördük, bu da pasif kuantum hatası düzeltmesi için kullanılabileceğini ima ediyor” diye açıklıyor.

Bu kuantum hata düzeltme makinesinin çalışan bir prototipini almadan önce, deneysel olarak çözülmesi gereken birçok karışıklık var. Hepsi kağıt üzerinde iyi, ancak teknolojinin beklendiği gibi işbirliği yapıp yapmadığına bakılacak.

Zamanla, kuantum bilgisayarları gerçek bir olasılığa yükseltmek için pratik olmayan – ancak başka türlü verimli – bir konsepti dönüştüren ve bugüne kadar çoğunlukla teorik olan hata toleranslı teknolojinin yolunu açan nispeten basit bir cihazımız olabilir.

Bu araştırma yayınlandı Fiziksel İnceleme X.

.

Profesör

Hücreler, genomu örmek ve bağlamak için döngü ekstrüzyonunu kullanır

Previous article

her zaman mevcut bir koronavirüs ile geleceğimiz

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Uzay