Realiseringen af ​​målingsinducerede kvantefaser på en fanget-ion kvantecomputer

Fangede-ion kvantecomputere er kvanteenheder, hvori fangede ioner vibrerer sammen og er fuldstændigt isolerede fra det ydre miljø. Disse computere kan være særligt nyttige til at undersøge og realisere forskellige kvantefysiske tilstande.

Forskere ved NIST/University of Maryland og Duke University har for nylig brugt en fanget-ion kvantecomputer til at realisere to måleinducerede kvantefaser, nemlig den rene fase og den blandede eller kodende fase under en rensningsfaseovergang. Deres resultater, offentliggjort i et papir i Nature Physics , bidrage til den eksperimentelle forståelse af mange-krops kvantesystemer.

"Vores metoder var baseret på arbejde af Michael Gullans og David Huse, som identificerede en måling-induceret oprensningsovergang i tilfældige kvantekredsløb," siger Crystal Noel, en af ​​forskerne, der har udført undersøgelsen, til Phys.org. "Hovedformålet med vores papir var at observere dette kritiske fænomen eksperimentelt ved hjælp af en kvantecomputer."

For at måle rensningsfaseovergangen, som først blev skitseret af Gullans og Huse, måtte forskerne gennemsnittet af data indsamlet over flere tilfældige kredsløb. Derudover omfattede de målinger, de indsamlede, både enheds- og projektive målinger.

"Ved at starte i en blandet tilstand med høj entropi eller information og derefter udvikle kredsløbene, indikerer entropien i slutningen af ​​kredsløbet, om den information er gået tabt, eller med andre ord systemet har renset," forklarede Noel. "Vi målte systemets entropi efter kredsløbsudviklingen, mens vi justerer målehastigheden på tværs af overgangen."

Ifølge teoretiske forudsigelser skulle rensningsfaseovergangen undersøgt af holdet være dukket op på et kritisk punkt, der ligner en fejltolerant tærskel. Noel og hendes kolleger udførte deres eksperimenter på tilfældige kredsløb, der var optimeret til at fungere godt med deres ion-fælde kvantecomputer. Dette gjorde det muligt for dem at observere de forskellige faser af oprensning ved hjælp af et relativt lille system.

"Kritiske fænomener af denne art er vanskelige at observere på grund af behovet for store systemstørrelser, midtkredsmåling og gennemsnit over mange tilfældige kredsløb, der tager betydelig beregningstid," sagde Noel. "Vi fandt en måde at skræddersy den model, vi studerede, til det system, vi havde til rådighed, og viser, at med en minimal model, kan de kritiske fænomener stadig observeres."

Ved hjælp af deres fangede-ion kvantecomputer var holdet i stand til at sondere både den rene fase af rensningsfaseovergangen og den blandede eller kodende fase. I den første af disse tilstande projiceres systemet hurtigt til en ren tilstand, som er relateret til måleresultaterne. I den anden er systemets starttilstand delvist kodet ind i et kvantefejlkorrigerende kodningsrum, som bevarer systemets hukommelse om dets oprindelige forhold i længere tid.

Noel og hendes kollegers vellykkede realisering af disse to faser af rensningsovergangen i deres ion-fælde kvantecomputer kunne inspirere andre hold til at bruge lignende systemer til at undersøge andre kvantefaser af stof. I deres næste arbejde vil forskerne fortsætte med at bruge den samme computer, som nu er flyttet til New Duke Quantum Center, til at undersøge andre fysiske fænomener. Chris Monroe, den primære efterforsker i den nylige undersøgelse, er nu direktør for dette center og vil lede yderligere undersøgelser ved hjælp af fangede-ion kvantecomputeren.

"Vi planlægger nu at fortsætte med at studere kritiske fænomener i tilfældige kredsløb ved hjælp af vores fangede ion kvantecomputer. Vi vil tilføje flere qubits og midtkredsmåling for at øge hardwarekapaciteterne. Vi vil arbejde på at finde nye observerbare og interessante overgange, der ligner den, der er observeret her for at forstå mere om kvanteberegning og åbne kvantesystemer mere generelt." + Udforsk yderligere

Glimt af ændringer i kvanteberegningsfasen viser forskerne vendepunktet

© 2022 Science X Network