Skrytá symetrie by mohla být klíčem k vysoce výkonným kvantovým počítačům

Vědci zjistili, že skrytá symetrie by mohla být klíčem k robustnějším kvantovým systémům.

Vědci našli způsob, jak chránit velmi křehké kvantové systémy před hlukem, což by mohlo být užitečné při navrhování a vývoji nových kvantových zařízení, jako jsou ultralehké kvantové počítače.

Vědci z Cambridgeské univerzity prokázali, že mikroskopické částice mohou zůstat vnitřně spojené nebo zamotané na velké vzdálenosti, i když mezi nimi dojde k náhodným poruchám. S pomocí matematiky kvantové teorie objevili jednoduchou strukturu, ve které mohou být zapletené částice vytvářeny a stabilizovány i za přítomnosti šumu využitím dříve neznámé symetrie v kvantových systémech.

Jejich výsledky jsou uvedeny v časopise Dopisy o fyzickém vyšetřeníOtevřete nové okno do tajemného kvantového světa, který by mohl přinést revoluci v budoucí technologii získáním kvantových efektů v hlučných prostředích. To je největší překážka pro vývoj těchto technologií. Využití této schopnosti bude jádrem ultrarychlých kvantových počítačů.

„Dokud nenajdeme způsob, jak učinit kvantové systémy robustnějšími, jejich aplikace v reálném světě budou omezené.“ – – Shovan Dutta

Kvantové systémy staví na zvláštním chování částic na atomové úrovni a mohly by způsobit revoluci ve způsobu, jakým se provádějí složité výpočty. Zatímco běžný počítačový bit je elektrický spínač, který lze nastavit na jeden nebo nulu, kvantový bit nebo qubit lze nastavit na jeden, nula nebo obojí současně. Pokud se jedná o dva qubity, operace na jednom okamžitě ovlivní druhého, bez ohledu na to, jak jsou od sebe vzdálení. Tento duální stav dává kvantovému počítači jeho sílu. Počítač postavený se zapletenými qubits místo běžných bitů mohl provádět výpočty daleko za možnosti i těch nejsilnějších superpočítačů.

„Qubits jsou však extrémně choulostivé věci a sebemenší hluk kolem nich může způsobit zlomení jejich zapletení,“ řekl Dr. Shovan Dutta z Cavendish Laboratory v Cambridge, první autor článku. „Dokud nenajdeme způsob, jak učinit kvantové systémy robustnějšími, jejich aplikace v reálném světě budou omezené.“

Několik společností – zejména IBM a Google – vyvinulo fungující kvantové počítače, ale dříve byly omezeny na méně než 100 qubitů. Vyžadují téměř úplnou izolaci od šumu a dokonce mají velmi krátkou životnost několik mikrosekund. Obě společnosti plánují v příštích několika letech vyvinout 1000kbitové kvantové počítače. Pokud však problémy se stabilitou nebudou překonány, kvantové počítače nenajdou praktické využití.

Nyní Dutta a jeho spoluautor profesor Nigel Cooper objevili robustní kvantový systém, ve kterém několik qubitových párů zůstává zapleteno i se spoustou hluku.

Modelovali atomový systém v mřížkové formaci, ve které atomy vzájemně silně interagují a skákají z jednoho bodu do mřížky do druhého. Autoři zjistili, že hluk ve středu mřížky neměl žádný vliv na zapletené částice mezi levou a pravou stranou. Tato překvapivá vlastnost je výsledkem zvláštního druhu symetrie, která zachovává počet takových složitých párů.

„Vůbec jsme tento druh stabilizovaného zapletení neočekávali,“ řekla Dutta. „Setkali jsme se s touto skrytou symetrií, která je v těchto hlučných systémech velmi vzácná.“

Ukázali, že tato skrytá symetrie chrání zapletené páry a umožňuje řídit jejich počet od nuly do velké maximální hodnoty. Podobné závěry lze aplikovat na širokou třídu fyzických systémů a realizovat je s existujícími komponenty v experimentálních platformách, což připravuje cestu pro kontrolovatelné zapletení v hlučném prostředí.

„Nekontrolované poruchy životního prostředí jsou špatné pro přežití kvantových efektů, jako jsou zapletení, ale můžete se toho hodně naučit, když budete záměrně konstruovat určité typy poruch a uvidíte, jak částice reagují,“ řekl Dutta. „Ukázali jsme, že jednoduchá forma rušení může ve skutečnosti vytvořit a udržovat mnoho složitých párů, což je velkým stimulem pro experimentální vývoj v této oblasti.“

Vědci doufají, že budou moci příští rok potvrdit své teoretické výsledky pomocí experimentů.

Odkaz: „Soudržnost na velké vzdálenosti a několik ustálených stavů ve ztrátovém qubitovém poli“ od Shovana Dutty a Nigela R. Coopera, 9. prosince 2020, Dopisy o fyzickém vyšetření.
DOI: 10,1103 / PhysRevLett.125.240404

Výzkum byl částečně financován Radou pro výzkum pro inženýrské a fyzikální vědy (EPSRC).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Newsletter

Subscribe to stay updated.