Enemmän kuin kubitti: Kvanttilaskentaa kutriteilla

Kokeellisen kutriittisen kvanttilaskennan laitteisto Advanced Quantum Testbedissä.

Berkeley Labin ja UC Berkeleyn tutkijat rakentavat uudentyyppistä kvanttiprosessoria, joka kykenee informaation sekoittamiseen tavalla, jollaisen on teoretisoitu tapahtuvan mustien aukkojen sisällä

Työssään tutkijaryhmä on onnistuneesti havainnut kvantti-informaation sekoittamiseen, tavalla jonka uskotaan olevan mustien aukkojen käyttäytymisen taustalla. Tähän päästiin käyttäen kutritteja: informaatiota tallentavia kvanttiyksiköitä, jotka voivat edustaa kolmea erillistä tilaa samanaikaisesti.

Heidän ponnistelunsa myös tasoittavat tietä kutriitteihin perustuvan kvantti-informaation prosessorin rakentamiselle.

Edesmennyt fyysikko Stephen Hawking osoitti, että mustat aukot emittoivat säteilyä (Hawking-säteilyä) kun ne haihtuvat hitaasti ajan myötä. Periaatteessa tämä säteily voi kuljettaa informaatiota mustan aukon sisällöstä - jopa sallia mustaan aukkoon kulkeutuvan informaation jälleenrakentamisen.

Jokainen kvanttitietokoneeseen lisäämäsi kubitti kaksinkertaistaa laskentatehonsa ja kasvu vauhdittuu eksponentiaalisesti, kun käytetään kvanttibittejä, jotka pystyvät tallentamaan enemmän arvoja, kuten kutritit.

Fyysikkojen uusimmassa työssä kuvataan kuinka tutkijat kehittivät kvanttiprosessorin, joka kykenee koodaamaan ja välittämään informaatiota käyttämällä viiden kutritin sarjaa. Ja huolimatta tyypillisesti kohisevasta, epätäydellisestä ja virhealttiista kvanttiympäristöstä, he havaitsivat, että heidän alustansa osoittautui yllättävän joustavaksi ja kestäväksi.

Ryhmä pyrki toistamaan nopean mustan aukon tapaisen kvantti-informaation sekoittamisen kokeessa, jossa kutriitteina käytettiin epälineaarisia harmonisia oskillaattoreita.

Tutkimuksen avain oli oskillaattoreiden kantaman signaalin koherenssin tai järjestyksellisen kuvioinnin säilyttäminen riittävän kauan sen varmistamiseksi, että kvanttisekoitus tapahtui kutritin teleporttauksen kautta, jolloin tapahtuu informaation - ei aineen - siirtyminen paikasta toiseen kvanttilomittumisen kautta.

Toinen olennainen osa oli räätälöityjen logiikkaporttien luominen, jotka mahdollistavat "universaalien kvanttipiirien" toteuttamisen, joita voidaan käyttää mielivaltaisten algoritmien suorittamiseen. Nämä logiikkaportit antavat kutrittiparien olla vuorovaikutuksessa keskenään ja ne on suunniteltu käsittelemään mikroaaltopulssien tuottamia kolmea erilaista signaalitasoa.

Yksi kokeen viidestä kutriitista toimi syötteenä, ja muut neljä kutriittia olivat lomittuneina pareina. Kutriittien lomittumisen luonteen vuoksi yhden kutriittiparin yhteismittaus sekoituspiirin jälkeen varmisti, että tulokutritin tila teleporttattiin toiseen kutriittiin.

Tutkijat käyttivät kvanttiprosessitomografiana tunnettua tekniikkaa varmistaakseen, että logiikkaportit toimivat ja että informaatio oli sekoitettu oikein.

Aiheesta aiemmin

Kuditteja ja kurveja

Ensimmäinen monimutkainen kvanttiteleportaatio