Simetria ascunsă ar putea fi cheia echipamentelor cuantice ultra-puternice

Cercetătorii descoperă că simetria ascunsă ar putea fi cheia sistemelor cuantice mai robuste.

Cercetătorii au găsit o modalitate de a proteja sistemele cuantice extrem de fragile de zgomot, ceea ce ar putea ajuta la proiectarea și dezvoltarea de noi dispozitive cuantice, precum computerele cuantice ultra-puternice.

Cercetătorii de la Universitatea Cambridge au arătat că particulele microscopice pot rămâne legate intrinsec sau încurcate pe distanțe mari, chiar dacă există întreruperi aleatorii. Folosind matematica teoriei cuantice, au descoperit o configurație simplă în care particulele încurcate pot fi pregătite și stabilizate chiar și în prezența zgomotului, profitând de simetria necunoscută până acum în sistemele cuantice.

Rezultatele lor, publicate în jurnal Scrisori de recenzie fizică, deschide o nouă fereastră către lumea cuantică misterioasă care ar putea revoluționa tehnologia viitoare, păstrând în același timp efectele cuantice în medii zgomotoase, care este cel mai mare obstacol în dezvoltarea acestei tehnologii. Folosirea acestei capacități va fi în centrul computerelor cuantice ultrarapide.

„Până când vom putea găsi o modalitate de a face sistemele cuantice mai robuste, aplicațiile lor din lumea reală vor fi limitate”. – Shovan Dutta

Sistemele cuantice se bazează pe comportamentul particular al particulelor la nivel atomic și pot revoluționa modul în care sunt efectuate calculele complexe. Deși un bit de computer normal este un comutator electric care poate fi setat la unul sau zero, un bit cuantic sau qubit poate fi setat la unu, zero sau ambele simultan. De asemenea, atunci când doi qubituri se încurcă, o operație pe una o afectează imediat pe cealaltă, oricât de îndepărtată ar fi. Această stare duală este cea care dă putere unui computer cuantic. Un computer construit cu qubituri întrețesute în loc de biți normali ar putea efectua calcule cu mult dincolo de capacitățile celor mai puternice supercomputere.

„Cu toate acestea, qubiturile sunt lucruri extrem de complicate, iar zgomotul minim din mediul înconjurător le poate provoca încurcarea”, a spus dr. Shovan Dutta de la Cavendish Laboratory din Cambridge, primul autor al lucrării. „Până când vom putea găsi o modalitate de a face sistemele cuantice mai robuste, aplicațiile lor din lumea reală vor fi limitate”.

Mai multe companii, în special IBM și Google, au dezvoltat computere cuantice care funcționează, deși până acum au fost limitate la mai puțin de 100 de qubiți. Acestea necesită o izolare fonică aproape totală și chiar au o durată de viață foarte scurtă de câteva microsecunde. Ambele companii intenționează să dezvolte computere cuantice de 1000 qubit în următorii ani, deși dacă problemele de stabilitate nu vor fi depășite, computerele cuantice nu vor intra în uz practic.

Acum, Dutta și co-autorul său, profesorul Nigel Cooper, au descoperit un sistem cuantic robust în care mai multe perechi de qubits rămân încurcate chiar și cu mult zgomot.

Ei au modelat un sistem atomic într-o formațiune de rețea, în care atomii interacționează puternic între ei, sărind dintr-un loc în altul. Autorii au descoperit că, dacă zgomotul a fost adăugat în centrul rețelei, acesta nu a afectat particulele încurcate între părțile stângi și drepte. Această caracteristică uimitoare rezultă dintr-un tip special de simetrie care păstrează numărul acestor perechi împletite.

„Nu ne așteptam deloc la acest tip de încurcătură stabilizată”, a spus Dutta. „Am dat peste această simetrie ascunsă, care este foarte rară în aceste sisteme zgomotoase”.

Au arătat că această simetrie ascunsă protejează perechile încurcate și le permite să-și controleze numărul de la zero la o valoare maximă mare. Concluzii similare pot fi aplicate unei clase largi de sisteme fizice și pot fi făcute cu ingrediente existente pe platforme experimentale, deschizând calea pentru încurcarea controlabilă într-un mediu zgomotos.

„Tulburările de mediu necontrolate sunt rele pentru supraviețuirea efectelor cuantice, cum ar fi încurcarea, dar puteți învăța multe lucrând în mod deliberat tipuri specifice de tulburări și văzând cum reacționează particulele”, a spus Dutta. „Am arătat că o formă simplă de perturbație poate produce și păstra multe perechi încâlcite, ceea ce reprezintă un mare stimulent pentru dezvoltarea experimentală în acest domeniu.”

Cercetătorii speră să-și confirme descoperirile teoretice cu experimente în anul următor.

Referință: „Coerență la distanță mare și multiple stări stabile într-o matrice Qubit cu pierderi” de Shovan Dutta și Nigel R. Cooper, 9 decembrie 2020, Scrisori de recenzie fizică.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.240404

Cercetarea a fost finanțată parțial de Consiliul de Cercetare în Inginerie și Științe Fizice (EPSRC).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

„Fantomele fungice” protejează pielea, țesăturile de toxine, radiații

Fantomele fungice sunt create prin cioplirea materialului biologic din celulele fungice. Credit: Laboratorul Nathan Gianneschi / Universitatea Northwestern Inspirată de ciupercă, noua formă de...

Rezolvarea misterului genetic din centrul epidemiei COVID-19

Această imagine cu microscop electronic cu scanare arată barza-covy-2 care se ridică de la suprafața celulelor cultivate (albastru / roz) în laborator 2 credite:...

Realizarea de materiale 2D pentru o rotire

Ilustrarea conceptului de artă computerizată Spintronic. Oamenii de știință de la Universitatea Tsukuba și Institutul de Fizică la Înaltă Presiune creează un nou tranzistor de...

Doi astronauți. Două zile senine. Două perspective minunate.

23 mai 2012 Doi astronauți. Două zile senine. Două priveliști minunate în jurul acoperișului lumii. Astronauții de la Stația Spațială Internațională (ISS) au făcut...

Factor cheie identificat care face ca viermii să se simtă plini – Un factor similar poate gestiona sentimentele de completitudine la oameni

SKN-1B marcat cu GFP poate fi văzut în doi neuroni capi chimio-senzoriali. SKN-1B acționează în acești neuroni pentru a simți alimentele și pentru...

Newsletter

Subscribe to stay updated.