Вчені досягли «неможливого завдання» з керування світлом при вимірюванні кубітів захоплених іонів. Коли кубіт вимірюється за допомогою лазерного світла, процес часто закінчується пошкодженням сусідніх кубітів. Голограми можуть допомогти з цим.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Однією з найскладніших проблем, з якою стикаються вчені під час роботи з квантовою інформацією, є саме забезпечення захисту кубітів. Це пов’язано з тим, що кожного разу, коли вони скидають, вимірюють або видаляють навіть один кубіт, сусідні кубіти можуть бути пошкоджені, що призводить до втрати інформації. Нове дослідження дослідників з Університету Ватерлоо пропонує розв’язання цієї проблеми. Автори дослідження розробили спосіб точного контролю лазерного світла, що використовується для маніпуляцій з кубітами.
Вони навіть провели експеримент, щоб виконати це майже неможливе завдання. Експеримент полягав у вимірюванні та скиданні захопленого іонного кубіта до відомого стану, не спричиняючи жодних пошкоджень чи збурень для сусідніх кубітів, розташованих на відстані лише кількох мікрометрів від нього. «Ця демонстрація може суттєво вплинути на майбутні дослідження в цій галузі, включаючи вдосконалення квантових процесорів, підвищення швидкості та можливостей для таких завдань, як квантові симуляції в машинах, які вже існують сьогодні, та реалізацію корекції помилок», – зазначають автори дослідження.
Чому нам часто не вдається зберегти кубіти?
Існуючі методи захисту кубітів мають низку обмежень. Наприклад, вони часто вимагають додаткових ресурсів, таких як додаткові кубіти або надлишкові процеси для виправлення помилок. Це може призвести до втрати часу когерентності – часу, протягом якого кубіти залишаються у своєму квантовому стані без збурень. Такі методи також можуть вносити нові помилки під час процесу виправлення, знижуючи загальну ефективність і надійність.
Ці обмеження роблять маніпуляції з кубітами або навіть доступ до них дуже складними. Автори дослідження запропонували цікаве розв’язання цієї проблеми. Вони працювали над двома окремими технологіями: кубіти з іонною пасткою та голографічне формування пучка.
Перша використовується для зчитування, скидання та маніпулювання кубітами за допомогою лазерного світла. Під час цього процесу кубіти представлені іонами, які утримуються в електромагнітних полях. Останнє використовується для формування та маніпулювання лазерним світлом через оптичні елементи, такі як голограми.
Вони вирішили використовувати обидві технології разом, щоб керувати лазерним світлом так, щоб воно не заважало іншим кубітам у системі, коли вони працюють над певним кубітом.
Як працювати з кубітами, не пошкоджуючи їх
Автори дослідження вирішили змінити квантовий стан кубіта. Спочатку вони розрахували його квантовий стан за допомогою проміжного вимірювання – процесу в квантових обчисленнях, коли стан кубіта вимірюється в той час, як інші операції ще тривають.
Потім вони використали лазер, який точно контролювався в установці з кубітом із захопленими іонами, використовуючи технологію голографічного формування променя. Цей комбінований підхід утримував світло сфокусованим на мішені і запобігав його потраплянню на інші кубіти. Однак, «під час цього процесу іон-мішень розсіює фотони в усіх напрямках. Навіть при ідеальному контролі над світлом існує ризик, що ці розсіяні фотони можуть порушити квантові стани сусідніх кубітів, що обмежує можливості їх захисту», – сказав Раджибул Іслам, старший автор дослідження і професор Університету Ватерлоо.
Голографічний підхід дозволив дослідникам контролювати і обмежувати розсіяні фотони. В результаті експеримент пройшов успішно і не призвів до жодних збурень чи пошкоджень сусідніх кубітів.
«Ми демонструємо можливість скидання стану на місці і вимірювання стану захоплених іонів, досягаючи >99,9% точності збереження «активного» іонного кубіта при скиданні сусіднього «технологічного» кубіта, і >99,6% точності збереження при застосуванні променя детектування протягом 11 мкс на тому ж сусідньому кубіті на відстані 6 мкм», – зазначають автори дослідження.
Це неймовірне досягнення, адже до цього часу вважалося майже неможливим виміряти один кубіт, не струснувши все навколо. «Майже всі в нашій галузі казали, що це погана ідея і не варто навіть намагатися, бо він такий крихкий», – додає Іслам. «Однак ми показали, що дійсно можна зруйнувати будь-який конкретний кубіт, який ви хочете, зберігаючи квантову інформацію в інших кубітах, які ви не хочете руйнувати», – сказав Сайнат Мотлакунта, перший автор дослідження і постдокторський співробітник Університету Ватерлоо.
Якщо вам цікаві статті та новини про авіацію та космічну техніку — запрошуємо вас на наш новий проєкт AERONAUT.media.
Читайте також: