บาคาร่าเว็บตรง การควบคุมเรโซเนเตอร์ควอนตัมเชิงกลถึงระดับใหม่ของความแม่นยำ

บาคาร่าเว็บตรง การควบคุมเรโซเนเตอร์ควอนตัมเชิงกลถึงระดับใหม่ของความแม่นยำ

บาคาร่าเว็บตรง ความประทับใจทางศิลปะของคริสตัล การแก้ปัญหาเสียง: การทดลองทั้งสองทำให้เราได้เสียงเชิงปริมาณในวัสดุที่เป็นผลึก ระดับใหม่ของการควบคุมที่แม่นยำเหนือระดับพลังงานเชิงปริมาณของเรโซเนเตอร์เชิงกลนั้นทำได้โดยทีมในสหรัฐอเมริกาและสวิตเซอร์แลนด์ ซึ่งทำการวัดจำนวนโฟนอนในโพรงโดยอิสระโดยไม่รบกวน นอกจากนี้ กลุ่มสหรัฐยังได้ผลิตเกทที่พันกันซึ่งประกอบด้วยออสซิลเลเตอร์ระดับนาโนสองตัว 

งานนี้อาจมีนัยสำหรับเครือข่ายควอนตัมและการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม

เช่นเดียวกับพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าถูกวัดเป็นโฟตอนการแพร่กระจาย พลังงานเสียงจะแพร่กระจายในควอนตัมที่เรียกว่าโฟนอน วิทยาศาสตร์ของพฤติกรรมโฟตอน – เรียกว่า quantum electrodynamics – เป็นสาขาสำคัญของฟิสิกส์สมัยใหม่ เพราะมันให้คำอธิบายเชิงสัมพันธ์ของการปฏิสัมพันธ์ของแสงกับสสาร นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ทฤษฎีนี้ในหลากหลายรูปแบบ เช่น นาฬิกาอะตอมและการคำนวณควอนตัม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มใช้แนวคิดเดียวกันกับฟอนอนในสาขาที่เรียกว่า quantum acoustodynamics ตัวอย่างเช่น ปีที่แล้ว สองกลุ่มใช้การวัดด้วยเลเซอร์อย่างอิสระเพื่อเข้าไปพัวพันกับการสั่นของเมมเบรนในโพรง

ควอนตัมอะคูสติกส์มีความน่าสนใจสำหรับเครือข่ายควอนตัมและการประมวลผลข้อมูลควอนตัมด้วยเหตุผลหลายประการ ประการแรก ในขณะที่การแยกโฟตอนออกจากสัญญาณรบกวนจากความร้อนและไฟฟ้าที่ไม่ต้องการในคิวบิตที่มีตัวนำยิ่งยวดนั้นยากมาก เสียงจะแพร่กระจายภายในตัวกลางเท่านั้น ดังนั้นเครื่องสะท้อนเสียงเชิงกลแบบแยกเดี่ยวจึงมีอายุการใช้งานยาวนานกว่ามาก ซึ่งจะทำให้มีประโยชน์ในแอปพลิเคชันหน่วยความจำควอนตัมและการแก้ไขข้อผิดพลาดของควอนตัม แม้จะแยกออกจากกัน แต่เรโซเนเตอร์ดังกล่าวยังสามารถเชื่อมต่อกับเทคโนโลยีควอนตัมต่างๆ ได้หลากหลาย – และสิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีค่าสำหรับการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมตัวนำยิ่งยวด ไอออนที่ติดอยู่ หรืออะตอมมิกควอนตัม Uwe von Lüpkeแห่ง ETH Zurich กล่าวว่า

ทุกสิ่งที่เรามีในโลกทางกายภาพของเราพูดถึงการสั่นสะเทือนทางกล

เปลี่ยนพลังงาน อย่างไรก็ตาม การอ่านระดับพลังงานของเครื่องสะท้อนเสียงแบบเครื่องกลถือเป็นเรื่องท้าทาย วิธีที่ง่ายที่สุดคือการปรับระบบอื่น เช่น วงจรอิเล็กทรอนิกส์หรือเลเซอร์ให้เป็นเรโซแนนซ์ – มากที่สุดเท่าที่เราจะสามารถระบุความถี่ของเลเซอร์ได้โดยการปั๊มมันที่ความถี่หลายความถี่และค้นหาว่าอันไหนทำงาน อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหา: “ถ้าคุณมีการแลกเปลี่ยนพลังงานเรโซแนนซ์ คุณกำลังเปลี่ยนพลังงานของเรโซเนเตอร์จริงๆ” von Lüpke อธิบาย

ในการวิจัยครั้งใหม่ สองกลุ่ม – กลุ่มหนึ่งที่ ETH Zurich นำโดยYiwen Chuและอีกกลุ่มที่ Stanford University ในแคลิฟอร์เนียนำโดยAmir Safavi-Naeini – ได้ทำการวัด “การไม่ทำลายของควอนตัม” ของสถานะของเครื่องสะท้อนทางกล พวกเขาเชื่อมต่อเรโซเนเตอร์เชิงกลกับคิวบิตตัวนำยิ่งยวดผ่านวัสดุเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งจะขยายตัวเมื่ออยู่ภายใต้กระแสไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่ได้ปรับความถี่ของการแกว่งในปัจจุบันให้สอดคล้องกับการสั่นของกลไก แต่พวกเขากลับใช้ข้อเท็จจริงที่ว่าจำนวนฟอนอนในโพรงทำให้ความถี่เรโซแนนซ์เปลี่ยนแปลงไป ดังนั้น โดยการวัดเฟสสัมพัทธ์ของการสั่นระหว่างช่องและ qubit (วัดได้อย่างมีประสิทธิภาพว่าความถี่ห่างกันแค่ไหน) พวกเขาสามารถกำหนดจำนวนโฟนอนในโพรงได้

ความมั่นคงยาวนาน “ผลกระทบนี้มักใช้เพื่ออ่าน qubits ตัวนำยิ่งยวด” von Lüpkeซึ่งเป็นผู้เขียนคนแรกในบทความนี้อธิบายงาน ETH Zurich การวัดประเภทนี้เป็นไปได้เฉพาะในระบอบการปกครองแบบกระจายแรง ซึ่งสถานะโฟโนนิก-อิเล็กทรอนิกส์คู่กันนั้นเสถียรนานพอที่จะทำให้สามารถวัดความถี่ของเรโซเนเตอร์เชิงกลได้อย่างแม่นยำเพียงพอ 

ทั้งสองกลุ่มเป็นกลุ่มแรกที่เข้าถึงระบอบการปกครองนี้

อย่างไรก็ตาม แนวทางของกลุ่มมีความแตกต่างกัน ทีม ETH Zurich ใช้คลื่นความหนาแน่นรวมในแผ่นเวเฟอร์ไพลิน กลุ่ม Stanford ประดิษฐ์ “คริสตัลโฟนิก” สองระดับนาโนบนชิปลิเธียมไนโอเบตเป็นระยะ เหล่านี้คล้ายคลึงกับผลึกโฟโตนิกเนื่องจากสนับสนุนความถี่โฟนอนเฉพาะ เช่นเดียวกับกลุ่ม ETH Zurich ทีมงาน Stanford ได้เชื่อมต่อเครื่องสะท้อนเสียงด้วยคริสตัลโฟนิกกับ qubit และทำการวัดจำนวน phonon แบบไม่ทำลายด้วยควอนตัมในแต่ละอัน

จากนั้นกลุ่ม Stanford ใช้ข้อเท็จจริงที่ว่าเครื่องสะท้อนเสียงทั้งสองตัวเชื่อมต่อกับ qubit อิเล็กทรอนิกส์ตัวเดียวกันเพื่อดำเนินการประตูที่พันกัน ซึ่งเป็นการวัดของ qubit ที่ทำให้เครื่องสะท้อนเสียงทั้งสองอยู่ในสถานะที่พันกัน สิ่งนี้อาจมีประโยชน์ในการแก้ไขข้อผิดพลาดของควอนตัม ซึ่งช่วยให้สถานะของคิวบิตที่มีตัวนำยิ่งยวดถูกเก็บไว้ในคิวบิตเชิงกลที่มีอายุยืนยาว และทำให้ไม่จำเป็นต้องมีความซ้ำซ้อนจำนวนมากเพื่อปกป้องความสมบูรณ์ของอัลกอริธึมควอนตัม

สู่เทคโนโลยีไฮบริด

Amir Safavi-Naeini กล่าวว่า “ฉันคิดว่านั่นคือสิ่งที่กระตุ้นให้ทั้งสองกลุ่มของเราพัฒนาอุปกรณ์แบบบูรณาการที่แตกต่างกันเหล่านี้ “นั่นคือทิศทางที่หลายพื้นที่กำลังมุ่งสู่เทคโนโลยีไฮบริดเหล่านี้” ไมโครโฟนควอนตัมตรวจพบการมีอยู่ของฟอนอน

Warwick Bowenจากมหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ในออสเตรเลียเชื่อว่าทั้งสองทีมมีความก้าวหน้าที่สำคัญในการสร้างระบบของพวกเขา “ผมคิดว่ามันแตกต่างกันมาก และพวกมันก็จะมีการใช้งานที่แตกต่างกัน” เขากล่าว เขาชี้ให้เห็นว่าคลื่นเสียงจำนวนมากที่ใช้โดยกลุ่ม ETH ซูริคสามารถสร้างอายุการใช้งานที่ยาวนานมาก ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ในหน่วยความจำควอนตัม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อวงจรตัวนำยิ่งยวดสามารถติดตั้งได้โดยตรงบนตัวสะท้อนทางกล อย่างไรก็ตาม กลุ่มสแตนฟอร์ดได้แสดงให้เห็นถึงการสร้างสิ่งกีดขวาง (แม้ว่าจะมีความเที่ยงตรงน้อยกว่า 60% เมื่อเทียบกับความเที่ยงตรงมากกว่า 99% ที่จำเป็นในประตูควอนตัมที่ทำงานได้)

Bowen ยังกล่าวอีกว่าการย่อขนาดให้เล็กลงของวิธีการแบบโฟโนนิกนั้นมีประโยชน์โดยธรรมชาติ “ระดับนาโนเป็นสิ่งที่ดีในแง่ของความสามารถในการบรรจุอุปกรณ์จำนวนมากขึ้นในพื้นที่เดียวกัน…และเนื่องจากมีขนาดเล็กกว่ามาก จึงมีปฏิสัมพันธ์กับแสงที่แข็งแกร่งกว่ามาก ดังนั้น หากคุณต้องการสร้างส่วนติดต่อควอนตัมระหว่างไมโครเวฟกับแสง ระบบนี้เหมาะกว่ามาก” บาคาร่าเว็บตรง