Tudomány
Szinte roncsolásmentesen olvashatják ki a kvantuminformációt egy új módszerrel
A kutatók olyan eljárást dolgoztak ki, amellyel akár 99,85 százalékos pontossággal rekonstruálható egy kvantumbit állapota anélkül, hogy érdemben megzavarnák a benne tárolt információt. A megoldás egyszerűbbé teheti a kvantumszámítógépek működését.
A kvantumszámítógépek fejlesztésének egyik legnagyobb kihívása, hogy miként lehet kiolvasni a bennük tárolt információt anélkül, hogy maga a mérés megsemmisítené azt. A hagyományos számítógépek bitjeivel ellentétben a kvantumbitek, vagyis qubitek rendkívül érzékenyek a megfigyelésre. Egy új kutatás azonban ígéretes megoldást kínál: a tudósok a qubit saját maga által létrehozott elektromos jelet használnák az információ kiolvasására.
A saját elektromos jele árulhatja el a qubit állapotát
A kutatók az úgynevezett Andreev-qubiteket vizsgálták. Ezek különleges kvantumrendszerek, amelyekben a szupravezető anyagok között kialakuló kvantumállapotok alkalmasak információ tárolására. A módszer kulcsa az általuk létrehozott szupravezető áram, amely ellenállás nélkül halad át az áramkörön.
A kutatók megállapították, hogy amikor a qubit egyszerre több lehetséges állapot szuperpozíciójában van, az áram időben változó, oszcilláló összetevőt mutat. Ezeknek az ingadozásoknak a jellemzői információt hordoznak a qubit állapotáról. Az áram állandó összetevője és az oszcillációk nagysága megmutathatja, milyen arányban vannak jelen az alapállapotok, míg az ingadozás időzítése a köztük lévő fáziskapcsolatról árulkodik.
A módszer különlegessége, hogy az oszcillációkhoz nincs szükség külső feszültségre: azokat maga a qubit kvantumállapotának változása hozza létre.
Akár 99,85 százalékos pontosságot is elérhetnek
Az elképzelés szerint az Andreev-qubitet egy zárt szupravezető áramkörbe helyeznék, amely mellé egy rendkívül érzékeny mágneses térérzékelőt, úgynevezett SQUID-et telepítenének. Ez képes érzékelni az áram által létrehozott apró mágneses változásokat, amelyekből a kutatók rekonstruálhatják a qubit eredeti állapotát.
A megoldás egyik legnagyobb előnye, hogy nincs szükség egy másik, segéd-qubitként működő kvantumrendszerre az információ közvetítéséhez. A jelenleg alkalmazott, úgynevezett roncsolásmentes mérési eljárások egy része ugyanis ilyen kiegészítő rendszereket igényel, ami bonyolultabbá és időigényesebbé teszi a folyamatot.
A brazil São Pauló-i Egyetem és a kínai Pekingi Műszaki Egyetem kutatói számítógépes szimulációkkal tesztelték az eljárást. Az eredmények 99,52, 99,81, illetve 99,85 százalékos pontosságot mutattak a mérések számától függően.
A kutatás a Physical Review B Letters folyóiratban jelent meg, és a FAPESP támogatta. A módszert azonban egyelőre csak elméleti számításokkal igazolták, kísérleti körülmények között még nem próbálták ki. Ha a gyakorlatban is sikerül hasonló eredményeket elérni, az jelentősen egyszerűsítheti a kvantuminformáció kiolvasását, és közelebb vihet olyan kvantumszámítógépek megalkotásához, amelyekben az információ megfigyelése nem jár annak elvesztésével.