Προς ένα ανθεκτικό κβαντικό υπολογιστή

Στο μέλλον, οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να προσομοιώνουν γρήγορα νέα υλικά ή να βοηθούν τους επιστήμονες να αναπτύξουν ταχύτερα μοντέλα machine learning, ανοίγοντας τον δρόμο σε πολλές νέες δυνατότητες. Ωστόσο, αυτές οι εφαρμογές θα είναι δυνατές μόνο αν οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να εκτελούν λειτουργίες εξαιρετικά γρήγορα, ώστε οι επιστήμονες να μπορούν να κάνουν μετρήσεις και διορθώσεις πριν οι συσσωρευμένα ποσοστά σφάλματος μειώσουν την ακρίβεια και την αξιοπιστία τους.

Η σημασία της ισχυρής σύζευξης φωτός-ύλης

Η αποδοτικότητα αυτής της διαδικασίας μέτρησης, γνωστής ως readout, βασίζεται στη δύναμη της σύζευξης μεταξύ των φωτονίων, τα οποία είναι σωματίδια φωτός που μεταφέρουν κβαντικές πληροφορίες, και των τεχνητών ατόμων, μονάδες ύλης που συχνά χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση πληροφοριών σε έναν κβαντικό υπολογιστή. Τώρα, οι ερευνητές του MIT έχουν αποδείξει αυτό που πιστεύουν ότι είναι η ισχυρότερη μη γραμμική σύζευξη φωτός-ύλης που έχει επιτευχθεί ποτέ σε ένα κβαντικό σύστημα.

Μια νέα αρχιτεκτονική κυκλώματος

Η πειραματική τους προσέγγιση είναι ένα βήμα προς την πραγματοποίηση κβαντικών λειτουργιών και readout που θα μπορούσαν να εκτελούνται σε λίγα νανοδευτερόλεπτα. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια νέα αρχιτεκτονική υπεραγώγιμου κυκλώματος για να δείξουν μη γραμμική σύζευξη φωτός-ύλης που είναι περίπου μια τάξη μεγέθους ισχυρότερη από προηγούμενες επιδείξεις, γεγονός που θα μπορούσε να επιτρέψει σε έναν κβαντικό επεξεργαστή να λειτουργεί περίπου 10 φορές πιο γρήγορα.

Η καινοτομία του κουάρτον ζεύκτη

Αυτή η φυσική επίδειξη βασίζεται σε χρόνια θεωρητικής έρευνας στην ομάδα του O’Brien. Μετά την ένταξη του Ye στο εργαστήριο ως διδακτορικός φοιτητής το 2019, άρχισε να αναπτύσσει έναν εξειδικευμένο ανιχνευτή φωτονίων για την ενίσχυση της επεξεργασίας κβαντικών πληροφοριών. Μέσα από αυτή τη δουλειά, εφηύρε έναν νέο τύπο κβαντικού ζεύκτη, ο οποίος διευκολύνει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των qubits.

Επιτάχυνση της διαδικασίας readout

Ο κουάρτον ζεύκτης δημιουργεί μη γραμμική σύζευξη φωτός-ύλης μεταξύ του qubit και του συντονιστή που είναι περίπου μια τάξη μεγέθους ισχυρότερη από ό,τι είχε επιτευχθεί προηγουμένως. Αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει ένα κβαντικό σύστημα με εξαιρετικά γρήγορο readout. Αυτή η εργασία δεν είναι το τέλος της ιστορίας. Είναι η θεμελιώδης φυσική επίδειξη, αλλά υπάρχει δουλειά που γίνεται τώρα στην ομάδα για να πραγματοποιηθεί πραγματικά γρήγορο readout.

Η έρευνα αυτή υποστηρίχθηκε, εν μέρει, από το Army Research Office, το AWS Center for Quantum Computing, και το MIT Center for Quantum Engineering.