Kvantedatasystemer kan gjøres mer stabile og effektive takket være en oppdagelse om måten enkelte atompartikler oppfører seg på.
University of Leeds Forskningsgruppe for teoretisk fysikk har kommet opp med en ny måte å få kvantepartikler til å trosse reglene for statistisk fysikk ved å bruke en spesiell kvanteberegningsenhet.
Vanligvis har en haug med kvantepartikler en tendens til å spre seg over tid, og omgrupperer seg ikke. Denne prosessen, kjent som termalisering, antas å være den uunngåelige skjebnen til mange-kropps kvantesystemer, som inneholder mange samvirkende partikler.
Forskningsgruppen, ledet av Dr Zlatko Papic, førsteamanuensis i teoretisk fysikk i Leeds’ Skolen for fysikk og astronomi, tidligere teoretisert at i noen kvante-mangekroppssystemer kan partiklene omgruppere seg, og fungere som parfymedråper som samler seg igjen etter å ha blitt sprayet fra en flaske. Disse systemene kalles kvante-mangekroppsarr.
Eksperimentell fysikk
Den nye forskningen tok denne oppførselen og brukte den på superledende qubits (uttales “cue-bit” og forkortelse for quantum bit, en grunnleggende enhet av kvanteinformasjon) arrangert på en brikke. Brikken ble spesialdesignet av samarbeidspartnere i gruppen til professor Haohua Wang ved Zhejiang University, Kina. Disse brikkene er mye brukt i kvantedatamaskiner, som tar sekunder å fullføre oppgaver som datamaskiner på høyt nivå trenger dager, uker og måneder for å fullføre.
Professor Wang og teamet hans innså at en ny type kvante-mangekroppsarrdannelse lett kunne implementeres i deres superledende enhet.
Professor Lei Ying, en teoretiker ved Zhejiang University som samarbeider med professor Wang, sa: “Denne implementeringen gjorde det mulig for oss å undersøke arrdannelse i langt mer detalj ved å bruke avanserte teknikker som kvantetilstandstomografi. Denne avanserte teknikken lar oss i hovedsak “se” direkte på alle mulige måter som qubits er viklet inn i hverandre.”
Forskningsgruppeleder Dr. Papic sa: “Vår observasjon åpner døren for å utforske nye egenskaper ved kvante-mangekroppsarr i et bredere spekter av kvanteteknologiske enheter. Spesielt tillater disse nye kvanteteknologiene oss å undersøke kvante-mangekroppsarrdannelse i store systemer med mange qubits som ikke kan simuleres på klassiske datamaskiner.”
Superledende qubit-brikke der ny type kvante-mangekroppsarr-fenomener ble realisert. Kreditt: Hekang Li og Haohua Wang.
Unike egenskaper
Termalisering er et betydelig problem i kvanteberegning fordi temperatur har en tendens til å ødelegge skjøre kvanteeffekter. Jean-Yves Desaules, en doktorgradsforsker i Dr Papics gruppe og medforfatter på papiret, forklarer at det er her kvantearr kan spille en viktig rolle.
Han sa: “Effekten til kvante-mangekroppsarr mot termalisering antyder at deres unike egenskaper kan brukes til mer robuste kvanteforbedrede sansings- og metrologiprotokoller. Dessuten lar vår tilnærming oss enkelt definere nye modeller der arrdannelsesadferd kan forbedres kunstig, noe som letter teknologiske anvendelser.»
Brikkeenhetene ble produsert av Hekang Li ved Micro-Nano Fabrication Center ved Zhejiang University, og eksperimentet ble utført ved bruk av fasiliteter ved både Zhejiang University og ZJU-Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center.
Mer informasjon
Kontakt University of Leeds presseansvarlig Lauren Ballinger via [email protected] med mediehenvendelser.
“Hilbert plassarrdannelse på mange kropper på en superledende prosessor” er publisert i Naturfysikk.
Hovedbilde: Adobe lager