מדענים השיגו את "המשימה הבלתי אפשרית" של שליטה באור תוך מדידת קיוביטים של יונים לכודים. כאשר מודדים קיוביט עם אור לייזר, התהליך בסופו של דבר גורם לנזק לקיוביטים שכנים. הולוגרמות יכולות לעזור בזה.
עקבו אחרי הערוץ שלנו לחדשות האחרונות Google News באינטרנט או דרך האפליקציה.
אחת הבעיות הקשות ביותר עימן מתמודדים מדענים בעבודה עם מידע קוונטי היא ההגנה על קיוביטים. הסיבה לכך היא שבכל פעם שהם מאפסים, מודדים או מסירים אפילו קיוביט אחד, קיוביטים שכנים עלולים להינזק, וכתוצאה מכך לאובדן מידע. מחקר חדש של חוקרים מאוניברסיטת ווטרלו מציע פתרון לבעיה זו. מחברי המחקר פיתחו דרך לשלוט במדויק על אור הלייזר המשמש למניפולציה של קיוביטים.
הם אפילו ערכו ניסוי כדי לבצע את המשימה הכמעט בלתי אפשרית הזו. הניסוי היה למדוד ולאפס קיוביט יונים לכוד למצב ידוע מבלי לגרום נזק או הפרעה לקיוביטים שכנים במרחק של מיקרומטרים ספורים בלבד. "להדגמה זו יכולה להיות השפעה משמעותית על מחקר עתידי בתחום זה, לרבות שיפור מעבדים קוונטיים, הגדלת המהירות והיכולות של משימות כגון הדמיות קוונטיות במכונות שכבר קיימות היום, ויישום תיקון שגיאות", מציינים מחברי המחקר.
מדוע לעתים קרובות אנו לא מצליחים לשמור קיוביטים?
לשיטות הקיימות להגנה על קיוביטים יש מספר מגבלות. לדוגמה, לעתים קרובות הם דורשים משאבים נוספים כגון קיוביטים נוספים או תהליכים מיותרים לתיקון שגיאות. זה יכול להוביל לאובדן זמן קוהרנטיות - הזמן שבמהלכו הקיוביטים נשארים במצב הקוונטי שלהם ללא הפרעה. שיטות כאלה עשויות גם להציג שגיאות חדשות במהלך תהליך התיקון, ולהפחית את היעילות והאמינות הכוללת.
מגבלות אלה מקשות מאוד על מניפולציה או אפילו גישה לקיוביטים. מחברי המחקר הציעו פתרון מעניין לבעיה זו. הם עבדו על שתי טכנולוגיות נפרדות: קיוביטים של מלכודת יונים ויצירת קרן הולוגרפית.
הראשון משמש לקריאה, איפוס ולטפל בקיוביטים באמצעות אור לייזר. במהלך תהליך זה, קיוביטים מיוצגים על ידי יונים המוחזקים בשדות אלקטרומגנטיים. האחרון משמש לעיצוב ולתפעל אור לייזר באמצעות אלמנטים אופטיים כגון הולוגרמות.
הם החליטו להשתמש בשתי הטכנולוגיות יחד כדי לשלוט באור הלייזר כך שלא יפריע לקיוביטים אחרים במערכת כשהם עובדים על קיוביט מסוים.
כיצד לעבוד עם קיוביטים מבלי לפגוע בהם
מחברי המחקר החליטו לשנות את המצב הקוונטי של הקיוביט. תחילה הם חישבו את המצב הקוונטי שלו באמצעות מדידת ביניים, תהליך במחשוב קוונטי שבו מצבו של קיוביט נמדד בזמן שפעולות אחרות עדיין מתבצעות.
לאחר מכן הם השתמשו בלייזר שנשלט במדויק במערך קיוביט של יונים לכודים באמצעות טכנולוגיית יצירת קרן הולוגרפית. גישה משולבת זו שמרה על התמקדות האור במטרה ומנעה ממנו לפגוע בקיוביטים אחרים. עם זאת, "במהלך תהליך זה, יון המטרה מפזר פוטונים לכל הכיוונים. אפילו עם בקרת אור מושלמת, קיים סיכון שהפוטונים המפוזרים הללו יכולים לשבש את המצבים הקוונטיים של קיוביטים שכנים, ולהגביל את היכולת להגן עליהם", אמר ראג'יבול איסלאם, מחבר בכיר של המחקר ופרופסור באוניברסיטת ווטרלו.
הגישה ההולוגרפית אפשרה לחוקרים לשלוט ולהגביל את הפוטונים המפוזרים. כתוצאה מכך, הניסוי הצליח ולא הוביל להפרעות או נזק לקיוביטים שכנים.
"אנו מדגימים את היכולת לאפס את המצב במקום ולמדוד את מצב היונים הכלואים, תוך השגת דיוק שימור של יותר מ-99,9% של קיוביט יונים "פעיל" בעת איפוס קיוביט "טכנולוגי" סמוך, ו->99,6% דיוק שימור בעת יישום א. קרן זיהוי למשך 11 מיקרומטר באותו קיוביט סמוך במרחק של 6 מיקרומטר", מציינים מחברי המחקר.
זה הישג מדהים, כי עד עכשיו זה נחשב כמעט בלתי אפשרי למדוד קיוביט בודד מבלי לטלטל את הכל מסביב. "כמעט כולם בתעשייה שלנו אמרו שזה רעיון גרוע ואפילו לא שווה לנסות כי זה כל כך שביר", מוסיפה איסלאם. "עם זאת, הראינו שאכן ניתן להרוס כל קיוביט מסוים שאתה רוצה, תוך אחסון מידע קוונטי בקיוביטים אחרים שאתה לא רוצה להרוס", אמרה סיינט מוטלקונטה, מחברת המחקר הראשונה ועמיתת פוסט-דוקטורט ב- אוניברסיטת ווטרלו.
אם אתם מתעניינים בכתבות וחדשות בנושאי תעופה וחלל, אנו מזמינים אתכם לפרויקט החדש שלנו AERONAUT.media.
קרא גם: