Insinöörit osoittavat kvanttiedun

Arizonan yliopiston teknisten tieteiden tutkijat osoittavat kokeellisesti, kuinka kvanttiresurssit eivät ole vain unelmia kaukaista tulevaisuutta varten vaan ne voivat parantaa nykypäivän tekniikkaa.

Kvanttilaskennalla ja kvanttitunnistuksella on potentiaalia olla huomattavasti tehokkaampi kuin klassinen vastineensa.

Vaikka kvanttiteknologian kauaskantoisista vaikutuksista on laajasti levinneitä teorioita, hyvin harvat tutkijat ovat pystyneet osoittamaan nyt saatavilla olevaa NISQ-tekniikkaa käyttäen, että kvanttimenetelmillä on etua verrattuna klassisiin vastaaviin.

Arizonan yliopiston tutkijat ovat kokeellisesti osoittaneet, että kvanttisuudella on etulyöntiasema klassisen järjestelmiin verrattuna.

"Kvanttiedun osoittaminen on kauan tavoiteltu tavoite alalla ja hyvin harvat kokeilut ovat onnistuneet osoittamaan sen", kertoo apulaisprofessori Zheshen Zhang. "Pyrimme osoittamaan, kuinka voimme käyttää jo olemassa olevaa kvanttiteknologiaa hyödyntämään reaalimaailman sovelluksia."

Tutkimusartikkelissa kuvattu kokeilu käytti yhdistelmää sekä klassisesta että kvanttitekniikasta. Teknisesti siinä käytettiin kolmea anturia luokittelemaan radiotaajuisten signaalien keskimääräistä amplitudia ja kulmaa.

Anturit varustettiin kvanttiresurssilla eli lomittumisella, mikä antaa niille mahdollisuuden jakaa informaatiota keskenään ja tarjoaa kaksi pääetua: Ensinnäkin se parantaa antureiden herkkyyttä ja vähentää virheitä. Toiseksi, koska anturit ovat lomittuneet, ne arvioivat globaaleja ominaisuuksia eivätkä kerää dataa vain järjestelmän tietyistä osista. Tästä on hyötyä sovelluksissa, jotka tarvitsevat vain binäärivasteen; esimerkiksi lääketieteellisessä kuvantamisessa tutkijoiden ei tarvitse tietää kutakin yksittäistä solua kudosnäytteessä, joissa ei ole syöpää - vaan onko siellä yksi syöpäsolu. Sama käsite koskee vaarallisten kemikaalien havaitsemista juomavedestä.

Koe osoitti, että anturien varustaminen kvanttipitoisuudella antoi niille edun klassisiin antureihin verrattuna, mikä pienensi virheiden todennäköisyyttä pienellä mutta kriittisellä marginaalilla.

"Tämä ajatus lomittumisen käytöstä sensoreiden parantamiseksi ei rajoitu tietyntyyppisiin antureihin, joten sitä voidaan käyttää useissa erilaisissa sovelluksissa, kunhan käytettävissä on laitteita anturien lomittamiseksi", kertoi tutkimuksen toinen tekijä Quntao Zhuang. "Teoriassa voisit harkita esimerkiksi itseohjautuvien autojen sovelluksia, kuten lidar (Light Detection and Ranging)."

"Monet algoritmit ottavat huomioon tietokoneeseen tallennettua dataa ja muuntavat sen sitten kvanttijärjestelmään, mikä vie aikaa ja vaivaa", Zhuang sanoo. "Järjestelmämme toimii eri ongelman suhteen arvioimalla reaaliajassa tapahtuvia fyysisiä prosesseja."

Tutkijatiimi on innoissaan työnsä tulevista sovelluksista kvanttitunnistuksen ja kvanttilaskennan risteyksessä. He jopa kuvittelevat jonain päivänä integroivan koko kokeellisen kokoonpanonsa sirulle, joka voitaisiin kastaa biomateriaaliin tai vesinäytteeseen sairauden tai haitallisten kemikaalien tunnistamiseksi.

"Mielestämme se on uusi paradigma sekä kvanttilaskennalle, kvanttikoneoppimiselle että kvanttiantureille, koska se todella luo sillan yhdistää kaikki nämä eri alueet", Zhang sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheista aiemmin:

Yksittäisten fotonien ilmaisu luo kvanttietua

Kvanttietu osoitettu huoneenlämmössä

Kvanttianturi kattaa koko radiotaajuusspektrin

Kvanttianturi tehostaa syövän hoitoa