Forskere udvikler en ny metode til at reducere kvantestøj

I en nylig udgave af Fysisk gennemgang A , Argonne -forskere rapporterede om en ny metode til at lindre virkningerne af "støj" i kvanteinformationssystemer, en udfordring forskere over hele kloden arbejder på at møde i løbet af en ny æra af kvanteteknologier. Den nye metode har konsekvenser for fremtiden for kvanteinformationsvidenskab, herunder quantum computing og quantum sensing.

Mange aktuelle kvanteinformationsapplikationer, såsom at udføre en algoritme på en kvantecomputer, lider af "dekoherens" - et tab af information på grund af "støj, "som er iboende for kvantehardware. Matthew Otten, en Maria Goeppert Mayer -stipendiat i Argonne, og Stephen Gray, gruppeleder for teori og modellering på Center for nanoskala materialer, et amerikansk ministerium for energikontor for videnskab brugerfacilitet, har udviklet en ny teknik, der genopretter disse tabte oplysninger ved at gentage kvanteprocessen eller eksperimentere mange gange, med lidt forskellige støjegenskaber, og derefter analysere resultaterne.

Efter at have indsamlet resultater ved at køre processen mange gange i rækkefølge eller parallelt, forskerne konstruerer en overflade, hvor den ene akse repræsenterer resultatet af en måling, og de to andre (eller flere) akser repræsenterer forskellige støjparametre. Denne overflade giver et skøn over den støjfrie observerbare og giver information om effekten af ​​hver støjhastighed.

"Det er som at tage en række fejlbehæftede fotografier, "sagde Otten." Hvert foto har en fejl, men et andet sted på billedet. Når vi samler alle de klare stykker fra de mangelfulde fotos sammen, vi får et klart billede. "

Anvendelse af denne teknik reducerer effektivt kvantestøj uden behov for yderligere kvantehardware.

"Dette er en alsidig teknik, der kan udføres med separate kvantesystemer, der gennemgår den samme proces på samme tid, sagde Otten.

"Man kunne oprette flere små kvanteenheder og køre dem parallelt, "sagde Gray." Ved hjælp af vores metode, man ville kombinere resultaterne på overoverfladen og generere omtrentlige støjfrie observationer. Resultaterne ville hjælpe med at forlænge nytten af ​​kvanteenhederne, før dekoherens indtræder. "

"Vi har med succes udført en enkel demonstration af vores metode på Rigetti 8Q-Agave kvantecomputer, "sagde Otten." Denne klasse af metoder vil sandsynligvis komme til at blive meget brugt i nærtidsholdte kvanteindretninger. "

Forskernes arbejde beskrevet ovenfor fremgår af Fysisk gennemgang A og har titlen "Recovering noise-free quantum obserables."

Otten og Gray har også udviklet en lignende og noget mindre beregningsmæssigt kompleks proces for at opnå støjreduktionsresultater baseret på at korrigere en qubit ad gangen for at tilnærme resultatet for alle qubits, der samtidigt korrigeres. En qubit, eller kvantebit, er ækvivalent i kvanteberegning til det binære ciffer eller den bit, der bruges i klassisk databehandling.

"I denne tilgang, vi antager, at støjen kan reduceres på hver qubit individuelt, hvilken, mens den er eksperimentelt udfordrende, fører til et meget enklere databehandlingsproblem og resulterer i et skøn over det støjfrie resultat, "bemærkede Otten.