Новое исследование показывает основные компоненты квантового компьютера на основе кутрита

схожие новости

Команда, возглавляемая физиками из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета, успешно наблюдала шифрование квантовой информации, которое, как считается, лежит в основе поведения черных дыр с помощью квутритов: квантовых единиц, хранящих информацию, которые могут представлять три отдельных состояния в то же время. Их усилия также открывают путь к созданию процессора квантовой информации, говорится в статье на сайте Лаборатории Беркли.

Новое исследование использует квантовую схему, вдохновленную давним вопросом физики: что происходит с данными, когда они попадают в черную дыру?

Помимо связи с космологией и фундаментальной физикой, технические вехи команды ученых представляют собой важный прогресс в направлении использования более сложных квантовых процессоров для квантовых вычислений, криптографии и обнаружения ошибок среди других приложений.

В то время как черные дыры считаются одной из самых разрушительных сил во Вселенной (материя и свет не могут избежать их притяжения и быстро и тщательно смешиваются при входе), ведутся серьезные споры о том, теряется ли и как информация после перехода в черную дыру.

Покойный физик Стивен Хокинг показал, что черные дыры испускают излучение — ныне известное как излучение Хокинга — когда они медленно испаряются с течением времени. В принципе, это излучение может нести информацию о том, что находится внутри дыры, даже позволяя реконструировать информацию, проходящую в нее.

Используя квантовое свойство (запутанность) можно выполнить эту реконструкцию значительно быстрее. Квантовая запутанность противоречит правилам классической физики, позволяя частицам оставаться коррелированными даже на больших расстояниях, так что состояние одной частицы будет информировать вас о состоянии ее партнера.

Большинство усилий в области квантовых вычислений направлено на использование этого явления путем кодирования информации в виде запутанных квантовых битов, известных как кубиты. Как и традиционный компьютерный бит, который может содержать значение ноль или единицу, кубит также может иметь те же значения. Но, кроме того, кубит может существовать в суперпозиции, равной как единице, так и нулю одновременно.

Каждый кубит, который добавляется в квантовый компьютер, удваивает его вычислительную мощность, и это экспоненциальное увеличение резко возрастает, когда используются квантовые биты, способные хранить больше значений, например кутритсы (произносится CUE-trits). Из-за этого требуется гораздо меньше кубитов и еще меньше кутридсов или кудитсов, которые описывают квантовые единицы с тремя или более состояниями, для выполнения сложных алгоритмов, способных продемонстрировать способность решать проблемы, которые не могут быть решены с помощью обычных компьютеров.

Тем не менее, существует ряд технических препятствий на пути создания квантовых компьютеров с большим количеством квантовых битов, которые могут надежно и эффективно решать проблемы действительно квантовым способом.

В последнем исследовании ученые подробно описывают, как они разработали квантовый процессор, способный кодировать и передавать информацию, используя серию из пяти кутритов, каждый из которых может одновременно представлять три состояния. И несмотря на типично шумную, несовершенную и подверженную ошибкам среду квантовых схем, они обнаружили, что их платформа оказалась на удивление устойчивой и надежной. Кутрит может иметь значение ноль, один или два, удерживая все эти состояния в суперпозиции.

Команда намеревалась воспроизвести тип быстрого размывания квантовой информации или скремблирования в эксперименте, в котором в качестве кутритов использовались крошечные устройства, называемые нелинейными гармоническими осцилляторами. Эти нелинейные гармонические осцилляторы представляют собой гири на пружинах субмикронного размера, которые могут приводиться в действие на нескольких различных частотах при воздействии микроволновых импульсов.

Иллюстрация мысленного эксперимента, в котором информация, сброшенная Алисой в черную дыру, восстанавливается сторонним наблюдателем Бобом

Однако распространенная проблема в том, чтобы заставить эти осцилляторы работать как кутриты, заключается в том, что их квантовая природа имеет тенденцию очень быстро разрушаться с помощью механизма, называемого декогеренцией, поэтому трудно различить, действительно ли скремблирование информации является квантовым, или вызвано этой декогеренцией или прочим, отметил Ирфан Сиддики, ведущий автор исследования.

Ключом к исследованию было сохранение когерентности или упорядоченного формирования сигнала, передаваемого осцилляторами, на достаточно долгое время, чтобы подтвердить, что квантовое скремблирование происходит посредством телепортации кутрита. В то время как телепортация может вызывать в воображении научно-фантастические образы «излучающих» людей или объекты с поверхности планеты на космический корабль, в этом случае происходит только передача информации — не материи — из одного места в другое посредством квантовой запутанности.

Читать еще

Комментарий

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
пожалуйста, введите ваше имя здесь