Ученые из Сиднейского университета продемонстрировали способность «видеть» будущее квантовых систем и использовали это знание, чтобы предотвратить их гибель. ближе к реальности.
Применения квантовых технологий убедительны и уже демонстрируют значительное влияние, особенно в области датчиков и метрологии. А возможность создания исключительно мощных квантовых компьютеров с использованием квантовых битов или кубитов привлекает инвестиции крупнейших мировых компаний.
Однако существенным препятствием для создания надежных квантовых технологий была рандомизация квантовых систем их окружением или декогеренция, которая фактически уничтожает полезный квантовый характер.
Физики совершили технический квантовый скачок в решении этой проблемы, используя методы больших данных, чтобы предсказать, как будут меняться квантовые системы, а затем предотвратить сбой системы.
Исследование опубликовано сегодня в Nature Communications.
«Подобно тому, как отдельные компоненты в мобильных телефонах в конечном итоге выходят из строя, то же самое происходит и с квантовыми системами», - сказал старший автор статьи профессор Майкл Дж. Биркук.
"Но в квантовых технологиях время жизни обычно измеряется в долях секунды, а не в годах."
Профессор Биркук из Школы физики Сиднейского университета и главный исследователь Центра инженерных квантовых систем Австралийского исследовательского совета сказал, что его группа продемонстрировала возможность превентивного подавления декогеренции. Ключевым моментом было разработать технику, позволяющую предсказать, как система распадется.
Профессор Берчук подчеркнул трудности предсказания в квантовом мире: «Люди регулярно используют методы предсказания в нашей повседневной жизни; например, когда мы играем в теннис, мы предсказываем, где окажется мяч, основываясь на наблюдениях за полетом мяч, - сказал он.
Это работает, потому что правила, управляющие движением мяча, такие как гравитация, регулярны и известны. Но что, если правила изменились случайным образом, пока мяч был на пути к вам? В этом случае он находится рядом с невозможно предсказать будущее поведение этого шара.
И все же именно с этой ситуацией нам и пришлось столкнуться, потому что распад квантовых систем происходит случайно. Более того, в квантовом мире наблюдение стирает квантовость, поэтому нашей команде нужно было угадать, как и когда произойдет распад квантовых систем. система случайно сломается.
"Нам нужно было замахиваться на беспорядочно движущийся теннисный мяч с завязанными глазами."
Команда обратилась к машинному обучению за помощью в сохранении своих квантовых систем - кубитов, реализованных в захваченных атомах - от разрушения.
То, что могло выглядеть как случайное поведение, на самом деле содержало достаточно информации, чтобы компьютерная программа могла предположить, как система изменится в будущем. Затем он мог бы предсказывать будущее без непосредственного наблюдения, что в противном случае стерло бы полезные характеристики системы.
Прогнозы были удивительно точными, что позволило команде заранее использовать свои предположения, чтобы компенсировать ожидаемые изменения.
Выполнение этого в режиме реального времени позволило команде предотвратить распад квантового персонажа, продлив полезный срок службы кубитов.
"Мы знаем, что создание настоящих квантовых технологий потребует значительного прогресса в нашей способности контролировать и стабилизировать кубиты, чтобы сделать их полезными в приложениях", - сказал профессор Биркук.
Наши методы применимы к любому кубиту, встроенному в любую технологию, включая специальные сверхпроводящие схемы, используемые крупными корпорациями.
«Мы рады разрабатывать новые возможности, которые превращают квантовые системы из новинок в полезные технологии. Квантовое будущее все время выглядит лучше», - сказал профессор Бирчук.