Imaginea la microscop optic a rezonatorului acustic. (din Lüpke et al, Nat Phys, 2022) Există un aspect cheie al calculul cuantic poate nu te-ai gândit înainte. Denumite „măsurători cuantice fără demolare”, ele se referă la observarea anumitor stări cuantice fără a le distruge în acest proces.
Daca vrem sa punem cap la cap o functionare la fel de mult ca un calculator , ar fi, evident, util să nu se defecteze în fiecare secundă în timp ce se fac calculele. Acum, oamenii de știință au descris o nouă tehnică de înregistrare a măsurătorilor cuantice care nu sunt demolate, care arată multe promițătoare.
În acest caz, cercetarea a implicat sisteme cuantice mecanice – obiecte care sunt relativ mari în termeni de calcul cuantic, dar extrem de mici pentru noi. Ei folosesc mișcarea mecanică (cum ar fi vibrația) pentru a gestiona magia cuantică necesară și pot fi combinate și cu alte sisteme cuantice.
„Rezultatele noastre deschid ușa pentru realizarea unor algoritmi cuantici și mai complexi folosind sisteme mecanice, cum ar fi corecția erorilor cuantice și operațiuni multimodale”, scriu cercetătorii în lucrare publicată .
În scopul acestui studiu, echipa a creat o bandă subțire de safir de înaltă calitate, cu o grosime de puțin sub jumătate de milimetru. Un subțire traductor piezoelectric a fost folosit pentru a excita unde acustice, mișcând unități de energie, cum ar fi fononii, care pot fi supuse, teoretic, prin procese de calcul cuantic. Din punct de vedere tehnic, acest dispozitiv este cunoscut sub numele de rezonator acustic.
Asta a fost prima parte a configurației. Pentru a efectua măsurarea, rezonatorul acustic a fost cuplat cu un qubit supraconductor – acele blocuri de bază ale calculatoarelor cuantice care pot deține simultan atât o valoare 1, cât și o valoare 0 și pe care companii precum Google și IBM au construit deja elemente rudimentare calculatoare cuantice .
Dispozitivul hibrid al echipei, cu cip rezonator acustic deasupra cipului supraconductor-qubit. (von Lüpke și colab., Nat Phys, 2022)
Făcând starea qubitului supraconductor să depindă de numărul de fononi din rezonatorul acustic, oamenii de știință au putut citi acel număr de fononi fără a interacționa efectiv cu aceștia sau a transfera vreo energie.
Ei îl descriu ca fiind similar cu cântatul unui theremin, instrumentul muzical ciudat care nu trebuie atins pentru a produce sunet.
Adunarea echivalentului de calcul cuantic nu a fost o sarcină ușoară: stările cuantice sunt de obicei foarte scurte, iar o parte a inovației în această tehnică a fost modul în care aceste stări au fost întinse mai mult timp. Echipa a făcut acest lucru parțial prin alegerea materialelor și parțial printr-o cavitate de aluminiu supraconductoare care a furnizat ecranare electromagnetică.
În experimente ulterioare, ei au reușit să extragă ceea ce este cunoscut sub numele de „măsura de paritate” a sistemului cuantic mecanic.
Măsura de paritate este crucială pentru o varietate de tehnologii cuantice, în special atunci când vine vorba de corectarea erorilor din sisteme – și niciun computer nu poate funcționa corect dacă face erori în mod regulat.
„Prin interfațarea rezonatoarelor mecanice cu circuite supraconductoare, acustodinamica cuantică a circuitelor poate face disponibile o varietate de instrumente importante pentru manipularea și măsurarea stărilor cuantice moționale.” scriu cercetătorii .
Toate acestea sunt la un nivel foarte înalt în ceea ce privește fizica cuantică, dar concluzia este că acesta este un pas important înainte într-una dintre tehnologiile care ar putea oferi în cele din urmă o bază pentru viitoarele computere cuantice, în special în ceea ce privește combinarea diferitelor tipuri de sisteme. împreună.
Un dispozitiv hibrid qubit-rezonator, cum ar fi cel descris în acest studiu, oferă potențial cel mai bun din două domenii diferite de cercetare: capacitățile de calcul ale qubitilor supraconductori și stabilitatea sistemelor mecanice. Acum, oamenii de știință au arătat că informațiile pot fi extrase dintr-un astfel de dispozitiv într-un mod nedistructiv.
Mai trebuie depusă multă muncă – odată ce sarcina de măsurare a stărilor a fost rafinată și finalizată, aceste stări trebuie apoi exploatate și manipulate pentru a fi de un real folos – darpotențialul uriaș al sistemelor de calcul cuanticpoate că tocmai a fost adus un pas mai aproape.
„Aici demonstrăm măsurătorile directe ale distribuției numărului de fononi și ale parității stărilor mecanice neclasice”, scriu cercetătorii .
„Aceste măsurători sunt câteva dintre elementele de bază pentru construirea de memorii și procesoare acustice cuantice.”
Cercetarea a fost publicată în Fizica naturii .
Nota editorului (18 mai 2022): O versiune anterioară a acestui articol a menționat fotoni în loc de fononi. Acum eroarea a fost corectată.