A qubitek hagyományos detektálási módszere nem skálázható. A „nanobolométerek” segítségével azonban a tudósok képesek egyetlen lövéssel leolvasni a qubiteket.
Egy új, a Heisenberg-féle határozatlansági relációja (bizonytalansági elv) szabályait felrúgó tanulmányból kiderül, hogy a qubiteket nanobolométerekkel (rendkívül érzékeny érzékelők, amelyek még kis hőmérséklet-változás esetén is képesek az infravörös sugárzást érzékelni) lehet mérni.
Azoknak, akik nem tudják, mi az a qubit, íme egy egyszerű magyarázat: ahogy a hagyományos számítógépekben a bitek az információ legalapvetőbb egysége, úgy a kvantumszámítógépekben a qubit az adatok legkisebb egysége. A qubitek mérése kulcsfontosságú. Ellenkező esetben a tudósok nem lesznek képesek feldolgozni az információt egy kvantumszámítógépben, valamint ugyancsak nem lesznek képesek számításokat végezni vagy ellenőrizni a kvantumrendszerekben lévő adatokat, ha nem tudják azokat kiolvasni.
„A qubit állapotának mérése a kvantumszámítógépek egyik legfontosabb alapvető művelete”, jegyzik meg a tanulmány szerzői. Például „a qubit kiolvasása egy kvantumszámítógépben szükséges a számítás végén kapott eredmény meghatározásához, valamint a hibajavításhoz, ami a hibatűréshez szükséges”, tették hozzá.
A qubitek mérésének hagyományos eljárása
A qubiteket jelenleg parametrikus erősítőkkel mérik, olyan speciális eszközökkel, amelyek érzékelik a qubit gyenge jeleit, majd felerősítik, hogy az információ kiolvashatóvá váljon. Ennek a megközelítésnek azonban számos korlátja van. Például a jel erősítése sok zajt ad, amely megnehezíti a qubit leolvasását, és pontatlan méréseket eredményezhet. Habár a parametrikus erősítők nagy erősítést és alacsony zajt kínálnak, azonban kihívást jelentenek a qubitek nagy számának skálázása szempontjából. Ezen kihívások közé tartozik a szűk sávszélesség, ami nem kívánatos a multiplexelt qubit kiolvasásakor.
Hogyan működik egy nanobolométer?
A parametrikus erősítő által keltett zaj Heisenberg határozatlansági relációját képviseli. Ez a kvantummechanika népszerű fogalma, amely szerint nem lehet pontosan kiszámítani egy részecske helyzetét vagy sebességét, egy jel helyzetét és impulzusát, vagy egy eszköz feszültségét és áramát. Minél pontosabban ismert az egyik változó helye, annál bizonytalanabb a másik pár impulzusa. Ezért egy qubit leolvasásában a zaj a pontatlanságot vagy bizonytalanságot jelenti.
A nanobolométerek azonban nem követik ezt az elvet. Az erősítőkkel ellentétben ők a qubitek által kibocsátott fotonok számát érzékelik. Tehát bizonyos értelemben a teljesítményt (fotonok) és a frekvenciát (fotonok száma) is érzékelik, de egyetlen forrásból.
„Egy bolométer csak egyetlen folyamatos szondahangot igényel két paraméterrel – teljesítmény és frekvencia – a teljesítmény optimalizálásához. Nincs kötve a Heisenberg-féle bizonytalansági elvből eredő kvantumzaj hozzáadásához”, jegyzik meg a tanulmány szerzői. A vákuumzaj nem segíti elő a detektálási eseményeket a bolométerben, mivel a vákuumból nem lehet energiát kivonni. Ráadásul egy parametrikus erősítőhöz képest a nanobolométer százszor kisebb, belefér egy baktériumba, és tízezerszer kevesebb energiát igényel.
A kutatók most továbbfejlesztik az eszközt a jobb teljesítmény érdekében.
„Kisebb módosításokkal arra számíthatunk, hogy a bolométerek 200 nanoszekundum alatt megközelítik a kívánt 99,9 százalékos egyszeri lövéshűséget. Kisebb és egyszerűbb mérőeszközt érhetünk el, ami lehetővé teszi a nagyobb qubitszámra való skálázást”,
mondta Gunyhó András, a tanulmány első szerzője, az Aalto Egyetem doktori kutatója. „
(forrás)
