O nouă cercetare condusă de o echipă de oameni de știință de la Universitatea Națională Australiană (ANU) a subliniat o modalitate de a obține măsurători mai precise ale obiectelor microscopice folosind computere cuantice - un pas care s-ar putea dovedi util într-o gamă largă de tehnologii de ultimă generație, inclusiv biomedicale. simțind.
Examinarea diferitelor proprietăți individuale ale unui obiect mare de zi cu zi precum o mașină este destul de simplă: o mașină are o poziție, culoare și viteză bine definite. Cu toate acestea, acest lucru devine mult mai complicat atunci când se încearcă examinarea obiectelor cuantice microscopice, cum ar fi fotonii - particule mici de lumină.
Asta pentru că anumite proprietăți ale obiectelor cuantice sunt conectate, iar măsurarea unei proprietăți poate perturba o altă proprietate. De exemplu, măsurarea poziției unui electron va afecta viteza acestuia și invers.
Astfel de proprietăți se numesc proprietăți conjugate. Aceasta este o manifestare directă a faimosului principiu al incertitudinii al lui Heisenberg - nu este posibil să se măsoare simultan două proprietăți conjugate ale unui obiect cuantic cu o precizie arbitrară.
Potrivit autorului principal și ANU Ph.D. cercetătorul Lorcán Conlon, aceasta este una dintre provocările definitorii ale mecanicii cuantice.
„Am reușit să proiectăm o măsurătoare pentru a determina proprietățile conjugate ale obiectelor cuantice cu mai multă precizie. În mod remarcabil, colaboratorii noștri au reușit să implementeze această măsurătoare în diferite laboratoare din întreaga lume”, a spus Conlon.
"Mai mult măsurători precise sunt cruciale și, la rândul lor, pot deschide noi posibilități pentru tot felul de tehnologii, inclusiv detectarea biomedicală, distanța laser și comunicațiile cuantice.”
Noua tehnică se învârte în jurul unei ciudații ciudate a sistemelor cuantice, cunoscută sub numele de entanglement. Potrivit cercetătorilor, prin încurcarea a două identice obiecte cuantice și măsurându-le împreună, oamenii de știință le pot determina proprietățile mai precis decât dacă ar fi măsurate individual.
„Prin încurcarea a două sisteme cuantice identice, putem obține mai multe informații”, a spus coautorul dr. Syed Assad. „Există un zgomot inevitabil asociat cu măsurarea oricărei proprietăți a unui sistem cuantic. Prin încurcarea celor două, suntem capabili să reducem acest zgomot și să obținem o măsurare mai precisă.”
În teorie, este posibil să încurci și să măsori trei sau mai multe sisteme cuantice pentru a obține o precizie și mai bună, dar în acest caz, experimentele nu au reușit să fie de acord cu teoria. Cu toate acestea, autorii sunt încrezători că viitoarele computere cuantice vor putea depăși aceste limitări.
„Computerele cuantice cu qubiți corectați de eroare vor putea măsura profitabil cu tot mai multe copii în viitor”, a spus Conlon.
Potrivit profesorului Ping Koy Lam, om de știință cuantic șef A*STAR la Institutul de Cercetare și Inginerie a Materialelor (IMRE), unul dintre punctele forte ale acestei lucrări este că o îmbunătățire cuantică poate fi încă observată în scenarii zgomotoase.
„Pentru aplicații practice, cum ar fi măsurătorile biomedicale, este important să vedem un avantaj chiar și atunci când semnalul este inevitabil încorporat într-un mediu zgomotos din lumea reală”, a spus el.
Studiul a fost realizat de experți de la Centrul de Excelență ARC pentru Tehnologia de calcul și comunicații cuantice (CQC2T), în colaborare cu cercetători de la Institutul de Cercetare și Inginerie a Materialelor (IMRE) al A*STAR, Universitatea din Jena, Universitatea din Innsbruck, și Universitatea Macquarie. Amazon Web Services a colaborat prin furnizarea de asistență pentru cercetare și arhitectură și prin punerea la dispoziție a dispozitivului Rigetti Aspen-9 folosind Amazon Bracket.
Cercetătorii și-au testat teoria pe 19 computere cuantice diferite, pe trei platforme diferite: computere cuantice supraconductoare, cu ioni prinși și fotonici. Aceste dispozitive de vârf la nivel mondial sunt situate în Europa și America și sunt accesibile în cloud, permițând cercetătorilor din întreaga lume să se conecteze și să efectueze cercetări importante.
