Новое исследование, проведенное группой ученых из Австралийского национального университета (ANU), наметило способ достижения более точных измерений микроскопических объектов с помощью квантовых компьютеров — шаг, который может оказаться полезным в огромном спектре технологий следующего поколения, включая биомедицинские. ощущение.
Исследовать различные индивидуальные свойства такого крупного повседневного объекта, как автомобиль, довольно просто: автомобиль имеет четко определенное положение, цвет и скорость. Однако это становится намного сложнее при попытке изучить микроскопические квантовые объекты, такие как фотоны — крошечные частицы света.
Это связано с тем, что определенные свойства квантовых объектов связаны, и измерение одного свойства может нарушить другое свойство. Например, измерение положения электрона повлияет на его скорость, и наоборот.
Такие свойства называются сопряженными свойствами. Это прямое проявление знаменитого принципа неопределенности Гейзенберга: невозможно одновременно измерить два сопряженных свойства квантового объекта с произвольной точностью.
По словам ведущего автора и доктора философии АНУ. исследователя Лоркана Конлона, это одна из определяющих задач квантовой механики.
«Мы смогли разработать измерение для более точного определения сопряженных свойств квантовых объектов. Примечательно, что наши сотрудники смогли реализовать это измерение в различных лабораториях по всему миру», — сказал Конлон.
"Более точные измерения имеют решающее значение и могут, в свою очередь, открыть новые возможности для всех видов технологий, включая биомедицинское зондирование, лазерную дальнометрию и квантовую связь».
Новая техника основана на странной особенности квантовых систем, известной как запутанность. По мнению исследователей, запутывая два одинаковых квантовые объекты и измеряя их вместе, ученые могут определить их свойства точнее, чем если бы они измерялись по отдельности.
«Запутывая две идентичные квантовые системы, мы можем получить больше информации», — сказал соавтор доктор Сайед Асад. «При измерении любого свойства квантовой системы возникает некоторый неизбежный шум. Объединив их, мы можем уменьшить этот шум и получить более точные измерения».
Теоретически можно запутать и измерить три или более квантовых систем, чтобы добиться еще большей точности, но в этом случае эксперименты не согласовались с теорией. Тем не менее, авторы уверены, что будущие квантовые компьютеры смогут преодолеть эти ограничения.
«Квантовые компьютеры с кубитами с исправленными ошибками смогут эффективно измерять все больше и больше копий в будущем», — сказал Конлон.
По словам профессора Пинга Кой Лама, главного квантового ученого A*STAR в Институте исследования материалов и инженерии (IMRE), одним из ключевых преимуществ этой работы является то, что квантовое усиление все еще можно наблюдать в шумных сценариях.
«Для практических приложений, таких как биомедицинские измерения, важно, чтобы мы могли видеть преимущество, даже когда сигнал неизбежно оказывается в шумной реальной среде», — сказал он.
Исследование было проведено экспертами Центра передового опыта в области квантовых вычислений и коммуникационных технологий ARC (CQC2T) в сотрудничестве с исследователями из Института исследования материалов и инженерии A*STAR (IMRE), Йенского университета, Университета Инсбрука, и Университет Маккуори. Amazon Web Services сотрудничала, предоставляя исследовательскую и архитектурную поддержку, а также предоставляя устройство Rigetti Aspen-9 с помощью Amazon Bracket.
Исследователи проверили свою теорию на 19 различных квантовых компьютерах на трёх разных платформах: сверхпроводниковом, захваченном ионе и фотонном квантовом компьютере. Эти ведущие в мире устройства расположены по всей Европе и Америке и доступны через облако, что позволяет исследователям со всего мира подключаться и проводить важные исследования.
