Tapa suojata kvantti-informaatiota kohinalta

Etelä-Afrikan Witwatersrandin yliopiston (Wits University) tutkijat yhteistyössä Kiinan Huzhoun yliopiston kanssa ovat löytäneet tavan suojata kvantti-informaatiota ympäristöhäiriöiltä, mikä tarjoaa toivoa luotettavammista tulevaisuuden teknologioista.

Nature Communicationsissa julkaistussa tutkimuksessa tutkijat ovat osoittaneet, kuinka tietyt kvanttitilat voivat säilyttää kriittisen informaationsa, vaikka ympäristökohina häiritsee niitä.

"Olemme havainneet, että topologia on tehokas resurssi informaation koodaamiseen kohinan läsnä ollessa", sanoo professori Andrew Forbes Wits School of Physicsista.

Kvanttilomittumisen haurauden voittamiseksi on esitetty monia strategioita, joilla yritetään säilyttää lomittuminen, mutta toistaiseksi erittäin vähäisellä menestyksellä. Wits-tiimi on osoittanut, että tätä lähestymistapaa voidaan manipuloida, jolloin lomittuminen pysyy hauraana ja sen sijaan säilyttää kvantti-informaation.

"Suunnittelemme huolellisesti kvanttiaaltofunktiota - matemaattista kuvausta, joka kaappaa kaikki mahdolliset kvanttijärjestelmän tilat - säilyttääksemme kvantti-informaation, joka pysyy vakaana, vaikka taustalla olevat kvanttiyhteydet alkavat hajota", Forbes sanoo.

Tutkijat osoittivat sekä teoreettisesti että kokeellisesti, että kvanttiskyrmionit ja niiden topologiset kvanttihavainnot pysyvät sietokykyisinä kohinalle. Tämän toteuttamiseksi tutkija loivat ei-paikallisen skyrmionisen topologian kahden lomittuvan fotonin yhteiseksi omaisuudeksi ja kuljettivat kvanttitopologian kohinan läpi, kuten kuvassa, jollaista simuloimme yleisellä (isotrooppisella) kohinamallilla, joka on standardi lähestymistapa kohinan kvanttitilojen testaamiseen.

"Olemme havainneet, että topologia on tehokas resurssi informaation koodaamiseen kohinan läsnäollessa. Sillä on suuret koodausaakkoset, jotka ovat täysin immuuneja niin kauan kuin vain lomittuminen jatkuu."

Professori Robert de Mello Koch selittää, että tätä kvanttiaaltomuototopologian manipulointia voidaan pitää eräänä "kvantti-informaation digitalisoinnin" muotona, jonka tekee mahdolliseksi topologisten havaintojen diskreetti luonne, jotka ottavat vain kokonaislukuarvoja, kuten -2, -1, 1 ja 2.

"Diskreetit signaalit ovat aina kestävämpiä kohinan vaikutuksia vastaan. Tämä johtuu siitä, että erillisillä signaaleilla kohinan on kyettävä kääntämään signaali kahden erillisen tilan välillä ennen kuin mikä tahansa vaikutus rekisteröidään."

"Tätä läpimurtoa voitaisiin käyttää kohinan voittamiseksi kvanttitietokoneissa sekä maailmanlaajuisissa kvanttiverkoissa seuraavan sukupolven kvanttiteknologioissa. Se voi olla erityisen arvokasta kehitettäessä kehittyneitä lääketieteellisiä kuvantamistekniikoita ja tehokkaampia tekoälyjärjestelmiä, jotka hyödyntävät lomittumista", Forbes toteaa.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttilomittuminen ja topologia ovat erottamattomia

Monifotoninen lomittuminen metapinnan avulla