Penyelidikan baharu yang diketuai oleh pasukan saintis di The Australian National University (ANU) telah menggariskan cara untuk mencapai ukuran objek mikroskopik yang lebih tepat menggunakan komputer kuantum—langkah yang boleh terbukti berguna dalam rangkaian besar teknologi generasi akan datang, termasuk bioperubatan. penderiaan.
Memeriksa pelbagai sifat individu objek harian yang besar seperti kereta adalah agak mudah: kereta mempunyai kedudukan, warna dan kelajuan yang jelas. Walau bagaimanapun, ini menjadi lebih rumit apabila cuba memeriksa objek kuantum mikroskopik seperti foton—zarah cahaya yang kecil.
Itu kerana sifat tertentu objek kuantum disambungkan, dan mengukur satu sifat boleh mengganggu sifat lain. Sebagai contoh, mengukur kedudukan elektron akan mempengaruhi kelajuannya dan begitu juga sebaliknya.
Sifat sedemikian dipanggil sifat konjugat. Ini adalah manifestasi langsung prinsip ketidakpastian Heisenberg yang terkenal—tidak mungkin untuk mengukur dua sifat konjugat objek kuantum secara serentak dengan ketepatan sewenang-wenangnya.
Menurut pengarang utama dan ANU Ph.D. penyelidik Lorcán Conlon, ini adalah salah satu cabaran yang menentukan mekanik kuantum.
"Kami dapat mereka bentuk ukuran untuk menentukan sifat konjugat objek kuantum dengan lebih tepat. Hebatnya, kolaborator kami dapat melaksanakan pengukuran ini dalam pelbagai makmal di seluruh dunia, "kata Conlon.
“Lagi ukuran tepat adalah penting, dan seterusnya boleh membuka kemungkinan baharu untuk semua jenis teknologi, termasuk penderiaan bioperubatan, julat laser dan komunikasi kuantum.”
Teknik baru ini berkisar tentang keanehan sistem kuantum yang aneh, yang dikenali sebagai keterikatan. Menurut penyelidik, dengan menjerat dua yang serupa objek kuantum dan mengukurnya bersama-sama, saintis boleh menentukan sifatnya dengan lebih tepat berbanding jika ia diukur secara individu.
"Dengan melibatkan dua sistem kuantum yang sama, kami boleh memperoleh lebih banyak maklumat," kata pengarang bersama Dr Syed Assad. “Terdapat beberapa bunyi yang tidak dapat dielakkan yang dikaitkan dengan mengukur sebarang sifat sistem kuantum. Dengan menjerat kedua-duanya, kami dapat mengurangkan bunyi ini dan mendapatkan ukuran yang lebih tepat.”
Secara teori, adalah mungkin untuk menjerat dan mengukur tiga atau lebih sistem kuantum untuk mencapai ketepatan yang lebih baik, tetapi dalam kes ini, eksperimen gagal bersetuju dengan teori tersebut. Namun begitu, penulis yakin bahawa komputer kuantum masa hadapan akan dapat mengatasi batasan ini.
"Komputer kuantum dengan qubit yang diperbetulkan ralat akan dapat mengukur dengan lebih banyak salinan pada masa hadapan," kata Conlon.
Menurut Profesor Ping Koy Lam, ketua saintis kuantum A*STAR di Institut Penyelidikan dan Kejuruteraan Bahan (IMRE), salah satu kekuatan utama kerja ini ialah peningkatan kuantum masih boleh diperhatikan dalam senario yang bising.
"Untuk aplikasi praktikal, seperti dalam pengukuran bioperubatan, adalah penting untuk kita dapat melihat kelebihan walaupun isyarat itu tidak dapat dielakkan dibenamkan dalam persekitaran dunia sebenar yang bising," katanya.
Kajian itu dijalankan oleh pakar di Pusat Kecemerlangan ARC untuk Pengiraan Kuantum dan Teknologi Komunikasi (CQC2T), dengan kerjasama penyelidik dari Institut Penyelidikan dan Kejuruteraan Bahan (IMRE) A*STAR, Universiti Jena, Universiti Innsbruck, dan Universiti Macquarie. Perkhidmatan Web Amazon bekerjasama dengan menyediakan sokongan penyelidikan dan seni bina, dan dengan menyediakan peranti Rigetti Aspen-9 menggunakan Amazon Bracket.
Para penyelidik menguji teori mereka pada 19 komputer kuantum yang berbeza, merentasi tiga platform berbeza: superkonduktor, ion terperangkap, dan komputer kuantum fotonik. Peranti terkemuka dunia ini terletak di seluruh Eropah dan Amerika dan boleh diakses awan, membolehkan penyelidik dari seluruh dunia menyambung dan menjalankan penyelidikan penting.
