צוות מאוניברסיטת מסצ'וסטס אמהרסט, יחד עם משתפי פעולה מאוניברסיטת שיקגו, שינו בהצלחה סירקולטור מיקרוגל כדי לנהל במדויק אי-הדדיות בין סיבית קוונטית לחלל תהודה במיקרוגל, מה שמסמן התקדמות משמעותית במחשוב קוונטי. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
חוקרים עשו התקדמות משמעותית בתחום מחשוב קוונטי על ידי התאמת סירקולטור מיקרוגל לשלוט במדויק על חוסר ההדדיות בין קיוביט לחלל תהודה. חידוש זה לא רק משפר את השליטה במחשבים קוונטיים אלא גם מפשט את המודלים התיאורטיים למחקר עתידי.
מדענים בראשות אוניברסיטת מסצ'וסטס אמהרסט התאימו מכשיר הנקרא סירקולטור מיקרוגל לשימוש במחשבים קוונטיים, ומאפשר להם לראשונה לכוון במדויק את מידת האי-הדדיות המדויקת בין קיוביט, היחידה הבסיסית של מחשוב קוונטי, לבין מיקרוגל. -חלל תהודה. היכולת לכוון במדויק את מידת חוסר ההדדיות היא כלי חשוב שיש בעיבוד מידע קוונטי.
בכך, הצוות, כולל משתפי פעולה מה- אוניברסיטת שיקגו, נגזרה תיאוריה כללית וישימה נרחבת המפשטת ומרחיבה הבנות ישנות יותר של אי-הדדיות, כך שעבודה עתידית בנושאים דומים תוכל לנצל את המודל של הצוות, גם בעת שימוש ברכיבים ופלטפורמות שונות. המחקר פורסם לאחרונה ב התקדמות המדע.
ההתקן הלא הדדי, עם סירקולטור (במרכז), יציאת קיוביט, חלל מוליך-על ויציאת פלט. קרדיט: UMass Amherst
מחשוב קוונטי שונה מהותית מהמחשוב מבוסס-סיביות שכולנו עושים מדי יום. ביט הוא פיסת מידע המתבטאת בדרך כלל כ-0 או 1. ביטים הם הבסיס לכל התוכנות, האתרים והמיילים המרכיבים את העולם האלקטרוני שלנו.
לעומת זאת, מחשוב קוונטי מסתמך על "סיביות קוונטיות", או "קיוביטים", שהם כמו ביטים רגילים, אלא שהם מיוצגים על ידי "סופרפוזיציה קוונטית" של שני מצבים של עצם קוונטי. חומר במצב קוונטי מתנהג בצורה שונה מאוד, מה שאומר שקיוביטים אינם נדחקים להיות רק 0 או 1 – הם יכולים להיות שניהם בו-זמנית באופן שנשמע כמו קסם, אבל המוגדר היטב על ידי חוקי הקוונטים מֵכָנִיקָה. תכונה זו של סופרפוזיציה קוונטית מובילה ליכולות הכוח המוגברות של מחשבים קוונטיים.
יתר על כן, תכונה הנקראת "אי-הדדיות" יכולה ליצור אפיקים נוספים למחשוב קוונטי כדי למנף את הפוטנציאל של העולם הקוונטי.
"דמיין שיחה בין שני אנשים", אומר שון ואן גלדרן, סטודנט לתואר שני בפיזיקה ב-UMass Amherst ואחד ממחברי המאמר. "הדדיות מוחלטת היא כאשר כל אחד מהאנשים בשיחה הזו חולק כמות שווה של מידע. חוסר הדדיות זה כשאדם אחד חולק קצת פחות מהאחר."
"זה רצוי במחשוב קוונטי", אומר הסופר הבכיר צ'ן וואנג, עוזר פרופסור לפיזיקה ב-UMass Amherst, "מכיוון שיש הרבה תרחישי מחשוב שבהם אתה רוצה לתת הרבה גישה לנתונים מבלי לתת לאף אחד את הכוח לשנות או לדרדר את זה. נתונים."
כדי לשלוט באי-הדדיות, הסופרת הראשית יינג-ינג וואנג, סטודנטית לתואר שני בפיזיקה ב-UMass Amherst, ושותפיה הפעילו סדרה של סימולציות כדי לקבוע את העיצוב והמאפיינים שיהיו לסירקולר שלהם כדי שיוכלו לשנות את אי ההדדיות שלו. לאחר מכן הם בנו את הסירקולטור שלהם והריצו שורה של ניסויים לא רק כדי להוכיח את הרעיון שלהם, אלא כדי להבין בדיוק איך המכשיר שלהם איפשר אי-הדדיות. תוך כדי כך, הם הצליחו לשנות את המודל שלהם, שהכיל 16 פרמטרים המפרטים כיצד לבנות את המכשיר הספציפי שלהם, לדגם פשוט וכללי יותר של שישה פרמטרים בלבד. המודל המתוקן, הכללי יותר, שימושי הרבה יותר מהמודל הראשוני, הספציפי יותר, מכיוון שהוא ישים באופן נרחב למגוון מאמצי מחקר עתידיים.
"המכשיר הלא הדדי המשולב" שהצוות בנה נראה כמו "Y". במרכז ה-Y נמצא הסירקולטור, שהוא כמו סיבוב תנועה עבור אותות המיקרוגל המתווכים את האינטראקציות הקוונטיות. אחת הרגליים היא יציאת החלל, חלל מוליך תהודה המארח שדה אלקטרומגנטי. רגל נוספת של ה-"Y" מחזיקה את הקיוביט, מודפס על שבב ספיר. הרגל האחרונה היא יציאת הפלט.
"אם נשנה את השדה האלקטרומגנטי המוליך על ידי הפצצתו בפוטונים", אומר יינג-ינג וואנג, "אנו רואים שהקיוביט הזה מגיב בצורה צפויה וניתנת לשליטה, מה שאומר שאנחנו יכולים להתאים בדיוק כמה הדדיות אנחנו רוצים. והמודל הפשוט שיצרנו מתאר את המערכת שלנו בצורה כזו שניתן לחשב את הפרמטרים החיצוניים כדי לכוון מידה מדויקת של חוסר הדדיות".
"זוהי ההדגמה הראשונה של הטמעת אי קליטה במכשיר מחשוב קוונטי", אומר צ'ן וואנג, "והיא פותחת את הדלת להנדסת חומרת מחשוב קוונטי מתוחכמת יותר."
המימון למחקר זה ניתן על ידי משרד האנרגיה האמריקאי, משרד המחקר של הצבא, קרן סימונס, משרד חיל האוויר למחקר מדעי, הקרן הלאומית למדע של ארה"ב, והמעבדה למדעי הפיזיקה קוביט שיתוף פעולה.
