Une nouvelle forme de contrôle du qubit peut rapporter plus longtemps temps de calcul

Vous ne pouvez pas battre la limite Heisenberg, mais avec suffisamment de maths, vous pouvez vous en approcher.Vous ne pouvez pas battre la limite Heisenberg, mais avec suffisamment de maths, vous pouvez se rapprocher.Focus Caractéristiques

L’informatique quantique consiste à contrôler les états quantiques. Dernièrement, des nouvelles ont été publiées sur l’informatique quantique trucs, avec la capacité sous-jacente de contrôler les choses prises pour accordé. Mais la vérité est que le contrôle reste un facteur limitant dans le développement des ordinateurs quantiques.

Au cœur de la question se trouve le qubit, un objet quantique qui est utilisé pour encoder des informations. Une partie de la puissance d’un quantum l’ordinateur est qu’un qubit peut être placé dans un état de superposition – plus sur celui ci-dessous, cela permet une sorte de parallélisme. Le but d’un algorithme quantique est de manipuler l’état de superposition du qubit de sorte que lorsque nous mesurons le qubit, il renvoie une valeur de bit qui correspond à la bonne réponse.

Et cela signifie contrôler l’état de superposition, qui implique un peu d’équipement de haute précision (et à prix élevé). Les améliorations impliquent généralement des équipements encore plus coûteux. Des recherches récentes suggèrent que nous pourrions peut-être améliorer notre contrôle par un facteur de 1000 en utilisant l’équipement existant et intelligent en pensant.

L’auteur aurait dû et n’aurait pas dû écrire un long aparté à propos de la superposition

Pour comprendre le problème de contrôle, nous devons avoir un peu de compréhension de la superposition. Quand on décrit un quantum état de superposition, nous utilisons souvent un raccourci et disons quelque chose comme “cela signifie que la particule est dans deux positions à la fois.”

Mais cela ne nous convient pas vraiment, et je pense que est trompeur quand même. Un objet quantique a plusieurs propriétés que nous pouvons mesurer. Jusqu’à ce qu’une propriété, comme la position, soit mesurée, cela n’a aucune valeur. Au lieu de cela, nous devons penser aux probabilités: si nous devions effectuer une mesure, quelle est la probabilité que nous obtiendrait une certaine valeur?

C’est la surface. Sous la surface est un très inhabituel concept appelé “probabilité d’amplitude”. Une probabilité est toujours positif (ou nul) et réel, mais une amplitude peut être positive, négatif, voire complexe (si vous ne savez pas ce qu’est un nombre complexe est, ne vous inquiétez pas). Cela change tout.

Imaginons que nous n’ayons qu’une seule particule et que nous la tirons � un écran avec deux trous. La particule peut passer par l’un ou l’autre des trous ou appuyez sur l’écran. De l’autre côté de l’écran, nous plaçons un détecteur et demandez-vous, “quelle est la probabilité que nous allons détecter une particule? ”

Eh bien, pour obtenir cela, nous devons additionner la probabilité amplitudes de chaque chemin que la particule peut prendre pour le détecteur. Et les amplitudes peuvent être positives ou négatives, donc la somme n’est pas nécessairement plus grand. Cela peut même être nul.

Si nous effectuons ce calcul pour de nombreux types possibles détecteurs, nous trouvons de nombreux endroits où la probabilité est absolument zéro et de nombreux endroits qui sont également probables. Si vous effectuez cette expérience, c’est exactement ce que vous mesurez. Après un mille particules individuelles passent à travers les trous, il y a certains endroits où ils ne sont jamais détectés et d’autres où ils se trouvent détecté régulièrement.

Où vais-je avec tout ça? En mécanique quantique, prédire avec précision ces résultats, vous devez connaître toutes les possibilités chemins par lesquels une particule peut atteindre une certaine position. Donc, dans notre exemple ci-dessus, nous devons prendre en compte les deux chemins vers le détecteur. Cela amène les gens à dire que la particule passe à travers les deux trous à la fois.

Mais, l’addition des amplitudes de probabilité détermine où une particule peut être détectée et où elle ne le sera jamais. Alors, si vous modifiez l’un des chemins que peut prendre la particule, cela signifie vous modifiez les amplitudes et déplacez ainsi l’emplacement où le une particule peut être trouvée.

Utilisation de la superposition

Donc, la probabilité de mesurer une valeur dépend de l’historique de l’onde de probabilité. Cela englobe tous les chemins possibles. Et cela peut être transformé en un excellent capteur. En effet, nous utilisons cette propriété de mesurer le passage du temps avec une sensibilité exquise. Cela fonctionne également bien pour mesurer d’autres propriétés.

Un exemple courant est la détection de champs magnétiques. Quelque chose comme un l’électron est aussi un petit aimant. L’aimant de l’électron sera soit aligner avec le champ magnétique ou anti-aligner. Donc, on peut mettre le électron dans un état de superposition aligné et anti-aligné. le effet du champ magnétique est de modifier la probabilité amplitudes des deux états, tandis que la taille du changement dépend sur la force du champ magnétique.

Après passage dans le champ magnétique, nous mesurons la orientation de l’aimant de l’électron. Une mesure individuelle ne nous dit rien, mais après mille électrons, nous avons le probabilités relatives des deux orientations. À partir de là, nous pouvons calculer l’intensité du champ magnétique.

Cela peut, en principe, être un capteur très précis. Seulement un ça gêne: le bruit. La valeur de la probabilité amplitudes dépend du chemin qu’ils empruntent (mais pas nécessairement la distance parcourue). Ce chemin est changé par le environnement local de manière imprévisible, de sorte que chaque électron est en fait une mesure de l’influence du champ magnétique nous vouloir mesurer plus une contribution aléatoire du bruit. Le dernier est différent pour chaque électron. Si le bruit est assez grand, il tout est égal, de sorte que les deux résultats de mesure (alignés et anti-alignés) ont la même probabilité.

Le bruit ne peut pas être réduit. Donc, pour obtenir une bonne mesure, nous rendre notre électron moins sensible aux fluctuations aléatoires et plus sensible au signal qui nous intéresse.

Devenir sensible

Dans le cas de la mesure de signaux dépendant du temps, le moyen de le faire c’est pour taper à plusieurs reprises sur l’électron très fort. En l’absence de tout choc ou de tout bruit, onde de probabilité de l’électron change en douceur avec le temps. Le bruit ajoute de petits sauts à ceux-ci changements. On dirait que la vague a sauté en avant (ou en arrière) dans le temps sans que vous le remarquiez.

Mais nous ne voulons pas de petits sauts, car ceux-ci gênent le signal. Au lieu de cela, nous voulons frapper l’électron avec un quantum batte de baseball, qui crée un saut assez grand pour échanger la amplitudes de probabilité des deux résultats possibles (on appelle cela une “impulsion pi”). Lorsque vous faites cela à intervalles réguliers, l’effet est pour annuler tous les changements dus au bruit qui s’accumulent au cours de la intervalle.

Donc, s’il n’y a pas de signal et que du bruit, vous ne mesurez pas de réseau changement de probabilités. Mais si le champ magnétique oscille à une fréquence constante (ou plus précisément, piloter le qubit � cette fréquence), les changements d’amplitude de probabilité accumuler.

Cela ne fonctionne que si les signaux varient à la même période que le intervalle entre coups que nous donnons au système. Essentiellement, nous ont un filtre très étroit (ceux d’entre vous qui jouent avec l’électronique peut reconnaître la description d’un amplificateur de blocage caché dans ici).

Bien que le filtre soit suffisamment étroit pour être utile, il ne peut pas être décalés en fréquence, nous ne pouvons donc pas balayer les fréquences. Le gros problème est la technologie. Notre batte de baseball quantique est souvent un impulsion micro-ondes. Ces impulsions doivent être générées par quelque chose, et un bon générateur de signal pourrait mettre à jour sa sortie tous les nanoseconde. Cela signifie que vous ne pouvez changer que l’intervalle entre les impulsions (et la durée de chaque impulsion) par incréments de un nanoseconde.

Imaginez que vous souhaitiez mesurer la fréquence et l’amplitude de un champ magnétique variable. Vous savez que le champ magnétique varie à une fréquence d’environ 5 MHz (cela signifie que dans 100ns, le champ passe de totalement positif à totalement négatif). Mais tu ne connais pas le fréquence exactement. Pour trouver le champ magnétique, vous avancez votre pouls intervalle dans le temps pour couvrir toute la gamme d’intérêt. Toi trouver … rien. Pourquoi? Parce que le champ magnétique variait à un fréquence qui se situe entre les plus petites étapes que vous pourriez prendre.

Ce même problème s’applique au contrôle des qubits. Dans un appareil avec plusieurs qubits, chacun est un peu différent et doit être contrôlée avec un ensemble légèrement différent d’impulsions à micro-ondes. le la résolution de nos instruments ne permet pas que cela soit très bien optimisé.

Il s’avère que le moyen de contourner ce problème est de traiter les électron un peu plus gentil. Au lieu d’appliquer à plusieurs reprises une balle de baseball chauve-souris, nous appliquons une poussée douce à l’électron. Ce micro-ondes lisse le pouls a pour effet intéressant d’augmenter le temps résolution des impulsions. Et, par conséquent, nous obtenons une fréquence plus élevée résolution (et meilleur contrôle de qubit).

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