هک شدت کوانتومی؛ کیوبیت‌های اضافی، زمان اندازه‌گیری را بدون از دست دادن دقت، افت می‌دهند_صبح سریع

دانشمندان کوانتومی با ابداع روشی برای شدت بخشیدن به اندازه‌گیری‌ها بدون از دست دادن دقت، که مانعی کلیدی برای فناوری کوانتومی است، یک مشکل دیرینه را حل کرده‌اند.

آنها با افزودن هوشمندانه کیوبیت‌های اضافی، «فضا» را با زمان معاوضه کردند و بدون بی‌ارامش کردن سیستم‌های کوانتومی شکننده، اطلاعات بیشتری را سریع تر جمع‌آوری کردند. این رویکرد نوآورانه، که شامل محققان برتر از چندین دانشگاه بزرگ است، می‌تواند به زودی با داغ شدن رقابت برای برتری کوانتومی، به ابزاری استاندارد تبدیل شود.

پیشرفت تازه در اندازه‌گیری‌های کوانتومی

محققان روش جدیدی را برای شدت بخشیدن به اندازه‌گیری‌های کوانتومی کشف کرده‌اند – گامی کلیدی در جهت پیشرفت نسل بعدی فناوری‌های کوانتومی.

اندازه‌گیری‌های کوانتومی سریع و دقیق برای دستگاه‌های کوانتومی آینده الزامی می باشند. با این حال، سیستم‌های کوانتومی زیاد شکننده می باشند؛ حتی اختلالات کوچک در طول اندازه‌گیری می‌تواند اشتباه‌های قابل توجهی تشکیل کند. تا بحال، دانشمندان با یک بده‌بستان اساسی رو‌به‌رو بودند: آنها می‌توانستند یا دقت اندازه‌گیری‌های کوانتومی را بهبود بخشند یا آنها را سریع تر کنند، اما نمی‌توانستند هر دو را به طور همزمان انجام بدهند.

اکنون، تیمی از فیزیکدانان کوانتومی، به رهبری دانشگاه بریستول و انتشار شده در Physical Review Letters، راهی برای شکستن این بده بستان اشکار کرده‌اند.

چطور کیوبیت‌های اضافی تفاوت تشکیل می‌کنند

رویکرد این تیم شامل منفعت گیری از کیوبیت‌های اضافی، واحد‌های بنیادی اطلاعات در محاسبات کوانتومی، برای «مبادله فضا با زمان» است. برخلاف بیت‌های دودویی ساده در رایانه‌های کلاسیک، کیوبیت‌ها می‌توانند به طور همزمان در چندین حالت وجود داشته باشند، اتفاق‌ای که به گفتن برهم‌نهی شناخته می‌شود.

در محاسبات کوانتومی، اندازه‌گیری یک کیوبیت طبق معمولً نیاز به بازدید آن برای زمان زمان نسبتاً طویل برای دستیابی به سطح بالایی از قطعیت دارد. با این حال، با داخل کردن کیوبیت‌های اضافی در فرآیند اندازه‌گیری، محققان می‌توانند اطلاعات بیشتری را در زمان کمتری جمع‌آوری کنند و اندازه‌گیری را بدون از دست دادن دقت، به طور قابل توجهی تسریع بخشند.

مدار کوانتومی اندازه‌گیری سریع

یک مدار کوانتومی که نتیجه اندازه‌گیری سریعی را برای دو کیوبیت مشخص می کند، با نتیجه اندازه‌گیری کند برای یک کیوبیت یکسان است. منبع: کریس کورلت

توضیح مفهوم از طریق یک قیاس روزمره

کریس کورلت، دانشجوی دکترای دانشکده فیزیک دانشگاه و نویسنده اول این مقاله، گفت: «فکر کنید تصویری از دو لیوان آب به شما نشان داده می‌شود – یکی با ۲۵ میلی‌لیتر و فرد دیگر با ۲۰ میلی‌لیتر، و شما باید با نگاه کردن تشخیص دهید که کدام لیوان آب بیشتری در خود دارد. اگر عکس فقط برای یک ثانیه به شما نشان داده شود، امکان پذیر برای تشخیص این که کدام لیوان پرتر است، مشکل داشته باشید، اما اگر عکس به زمان دو ثانیه به شما نشان داده شود، می‌توانید با مطمعن بیشتری لیوانی را که آب بیشتری در آن است انتخاب کرده‌اید.»

«در مطرح ما، با اضافه کردن یک کیوبیت اضافی، مقدار اطلاعاتی که کاوشگر می‌تواند در یک زمان ثابت جمع‌آوری کند را افزایش می‌دهید، به این علت می‌توانیم در رابطه جواب خود مطمعن بیشتری داشته باشیم. اضافه کردن کیوبیت همانند دو برابر کردن حجم هر لیوان به ۵۰ میلی‌لیتر و ۴۰ میلی‌لیتر است و تشخیص این که کدام یک در زمان زمان مختصر‌تری پرتر است را به علت تفاوت زیاد تر بین دو حجم، آسان‌تر می‌کند.»

یکی از مزایای قابل دقت رویکرد ما این است که این رابطه با کیوبیت‌های اضافی ادامه می‌یابد – به این علت برای مثال، اگر یک کیوبیت سوم اضافه کنید و به طور قیاس، حجم لیوان‌ها اکنون به طور ۷۵ میلی‌لیتر و ۶۰ میلی‌لیتر ظاهر شود، می‌توانید با مطمعن، تنها در ۰.۶۶ ثانیه بگویید کدام زیاد تر است – این شهود پشت راه‌حل ماست.»

کشف مشترک در دانشگاه‌های پیشرو

کریس این پیروزی را با همکاری اساتید راهنمای خود، پروفسور نوح لیندن، استاد فیزیک نظری، و دکتر پاول اسکرشیپچیک، دانشیار فیزیک، به همراه همکارانی از دانشگاه آکسفورد، دانشگاه استراتکلاید و دانشگاه سوربن در پاریس به دست آورد.

مسئله قابل دقت این است که فرآیند این تیم اجازه می‌دهد کیفیت اندازه‌گیری حتی با افزایش شدت آن نگه داری شود یا حتی بهبود یابد. این روش می‌تواند برای طیف گسترده‌ای از پلتفرم‌های سخت‌افزار کوانتومی پیشرو قابل اجرا باشد. با ادامه رقابت جهانی برای ساخت فناوری‌های کوانتومی با بیشترین کارکرد، این مطرح پتانسیل تبدیل شدن به یک قسمت استاندارد از فرآیند خواندن کوانتومی را دارد.

مرجع: «افزایش شدت اندازه‌گیری کوانتومی با منفعت گیری از بده‌بستان فضا-زمان» نوشته‌ی کریستوفر کورلت، ایوا چپایته، اندرو جی. دیلی، سیکا گوستیانی، جرارد پلگری، جاناتان دی. پریچارد، نوح لیندن و پاول اسکرشیپچیک، ۲۷ فوریه ۲۰۲۵، Physical Review Letters.

DOI: ۱۰.۱۱۰۳/PhysRevLett.۱۳۴.۰۸۰۸۰۱