اعتبار: MetamorWorks/Shutterstock
سر و صدا آزار دهنده است ، خواه سعی کنید بخوابید یا از قوانین فیزیک کوانتومی سوء استفاده کنید. اگرچه سر و صدای ناشی از اختلالات زیست محیطی همیشه با ما خواهد بود ، تیمی از جمله دانشمندان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) ممکن است روش جدیدی برای برخورد با آن در مقیاس میکروسکوپی پیدا کرده اند که در آن فیزیک کوانتومی سلطنت می کند. پرداختن به این سر و صدا می تواند بهترین سنسورهایی را که تاکنون ساخته شده است ، با برنامه های مختلف از مراقبت های بهداشتی گرفته تا اکتشاف معدنی امکان پذیر کند.
محققان با بهره گیری از پدیده های کوانتومی که به عنوان ابرند و درگیری شناخته می شوند ، می توانند تغییرات ظریف در محیط مفید را برای همه چیز از زمین شناسی گرفته تا GPS اندازه گیری کنند. اما برای انجام این کار ، آنها باید بتوانند از طریق سر و صدای ناشی از منابع محیطی مانند میدان های مغناطیسی ولگرد ، برای مثال ، یک سیگنال مهم از مغز را تشخیص دهند.
یافته های جدید ، که امروزه در آن تفصیل است نامه های بررسی فیزیکی، گروه های همیشگی از اشیاء کوانتومی مانند اتم ها را قادر می سازد تا محیط را در حضور سر و صدا بهتر حس کنند. انبوهی از اشیاء کوانتومی نامشخص از قبل می تواند از یک سنسور معمولی بهتر عمل کند. پیوند دادن آنها از طریق فرآیند گرفتاری کوانتومی می تواند باعث شود که آنها همچنان بهتر عمل کنند. با این حال ، درگیر شدن این گروه می تواند آن را در برابر سر و صدای محیطی که باعث ایجاد خطا می شود ، آسیب پذیر کند و باعث می شود این گروه مزیت سنجش اضافی خود را از دست بدهد.
راه حل نظری این تیم چگونگی طراحی قبل از طراحی گروهی از اشیاء کوانتومی به نام Qubits – همچنین به عنوان واحدهای داده در رایانه های کوانتومی – قبل از استفاده از آنها برای انجام کار سنجش مشخص می کند. این تیم به جای آماده سازی گروه به روشی که تمام خطاهایی را که qubits در هم تنیده تجربه می کند ، تصحیح کند ، دریافت که اگر فقط برخی از خطاها را تصحیح کند ، سنسور در مواجهه با سر و صدا قوی تر می شود. گروه Qubits درگیر در این فرآیند کمی حساسیت را از دست می دهد ، اما تجارت ارزشمند است ، زیرا سنسور هنوز هم از qubits های ناشناخته بهتر است.
چنگ-جو (یعقوب) لین ، یکی از نویسندگان مقاله و یک موسسه سابق برای شبیه سازی کوانتومی قوی گفت: “معمولاً در تصحیح خطای کوانتومی ، شما می خواهید خطا را کاملاً اصلاح کنید.”RQS) همکار فوق دکترا در مرکز مشترک اطلاعات کوانتومی و علوم کامپیوتر (شفاهی) ، انستیتوی مشترک NIST و دانشگاه مریلند. “اما از آنجا که ما از آن برای سنجش استفاده می کنیم ، فقط باید آن را تقریباً درست و نه دقیقاً اصلاح کنیم. تا زمانی که سنسور درهم تنیده خود را به روشی که کشف کردیم آماده کنید ، از سنسور شما محافظت می کند.”
Qubits می تواند در حالت های مختلف انرژی مانند بالا و پایین وجود داشته باشد ، اما آنها همچنین می توانند در یک “ترکیب” از آن کشورها وجود داشته باشند ، مانند این که به طور همزمان در همه این ایالت ها عمل می کنند ، عمل می کنند. این ترکیب نه تنها خاصیتی است که یک رایانه کوانتومی برای حل مشکلات رایانه های معمولی که قابل تحمل هستند ، مهار می کند ، بلکه باعث می شود که Quit نسبت به تغییرات دقیقه در محیط خود ، مانند وجود یک میدان مغناطیسی ضعیف ، بسیار حساس باشد ، که به طور قابل اندازه گیری بر وضعیت انرژی Quit تأثیر می گذارد. تکنیک های اندازه گیری با افزایش کوانتومی مانند این امکان دقت بالاتری را نسبت به روشهای سنجش معمولی فراهم می کند و باعث می شود آنها در برنامه هایی مانند ناوبری مفید شوند.
اما Qubits می تواند با استفاده از یک خاصیت کوانتومی اضافی به نام Entanglement ، حساس تر شود ، پدیده ای که چندین اشیاء در آن حالت های کوانتومی به هم پیوسته اند. هنگامی که گروهی از Qubits درگیر می شوند ، هر Quit سیگنال را نه تنها به طور مستقیم بلکه از طریق پیوندهای خود با سایر Qubits حس می کند ، از این طریق سیگنال را تقویت می کند – باعث می شود که این گروه حتی بهتر از Qubits Unentangle در سنجش تغییرات جزئی باشد.
افزایش تعداد Qubits درگیر به طرز چشمگیری توانایی های گروه را نیز بهبود می بخشد. به عنوان مثال ، در مقایسه با یک quit در ترکیب ، 100 Qubits Unangled 10 برابر حساس تر خواهد بود ، اما 100 Qubits درگیر 100 برابر حساس خواهد بود.
مشکل این است که کشورهای درگیر به طور کلی نیاز به جداسازی کامل از تغییرات محیطی مانند ارتعاشات مکانیکی یا تغییر دما دارند. چنین اختلالات چیزی را ایجاد می کند که طراحان فناوری کوانتومی سر و صدا می نامند – یک مشکل چند ساله برای رایانه های کوانتومی و سنجش کوانتومی به طور یکسان.
رویکرد این تیم گروهی از qubits درگیر را طراحی می کند تا آنها بتوانند برخی از خطاهای مربوط به سر و صدا را تحمل کنند. این تیم با تکیه بر مشاهدات مشاهده شده در آزمایشات دیگران ، تکنیک هایی را برای تصحیح داده های فاسد شده در رایانه های کوانتومی – معروف به کدهای تصحیح خطای کوانتومی – اعمال می کند تا در مواجهه با سر و صدا ، این گروه قوی شود.
لین گفت: “در تجزیه و تحلیل این کدهای تصحیح خطا ، دریافتیم که خانواده ای از کدها وجود دارد که از سنسورهای درهم تنیده محافظت می کند.” “یک نوع کد تصحیح خطا ، Qubits درگیر شده را قادر می سازد تا زمینه های مغناطیسی را با دقت بالاتر از قاب های بدون قیمتی تشخیص دهند ، حتی اگر برخی از قاب های درهم تنیده با خطاها فاسد شوند.”
در حالی که آزمایش های تیم های دیگر نتیجه را نشان می دهد ، لین گفت که مقاله گروه وی یافته ها را بر روی یک پایه سختگیرانه تر از نظر ریاضی قرار می دهد.
وی گفت: “این ممکن است زمان لازم باشد تا تکنسین ها سنسورهایی را ایجاد کنند که از این یافته ها استفاده کنند.” “با این حال ، درک جامعه از مکانیک کوانتومی به اندازه کافی خوب است که فکر می کنیم نتایج تحت آزمایش قرار می گیرد ، که ما دیگران را برای آزمایش در آزمایشگاه دعوت می کنیم.”
مقاله: C.-J. لین ، ز. لیو ، VV آلبرت و AV Gorshkov. کدهای تصحیح خطای کوانتومی کواریانت با مزیت درگیری اندازه گیری. نامه های بررسی فیزیکی. منتشر شده به صورت آنلاین 10 سپتامبر 2025. doi: 10.1103/dttc-ksdn
Source link