तेजी से और अधिक सटीक: विषम रजाई का एक संकर प्रणाली

कुछ विचार उज्ज्वल रूप से पैदा होते हैं और जल्दी से जटिलता, लागत, या यहां तक ​​कि अनावश्यक कार्यान्वयन के कारण मर जाते हैं। सिर पर लेजर प्रतिष्ठानों के साथ हत्यारा शार्क - यह बहुत शांत, बहुत जटिल और अविश्वसनीय रूप से हास्यास्पद लगता है। हालांकि, उनके कार्यान्वयन में कुछ विचार वादा करते हैं कि "स्वर्ण पर्वत" नहीं है, तो कम से कम सोने का बर्तन। यह क्वांटम कंप्यूटरों पर भी लागू होता है, जो सुपर शक्तिशाली, सुपर फास्ट और बहुत ऊर्जा कुशल होने का वादा करते हैं। लुभावना लगता है, है ना? तो कई वैज्ञानिक भी ऐसा ही सोचते हैं। क्वांटम कंप्यूटिंग के कार्यान्वयन के लिए कई समस्याओं को हल करने की आवश्यकता होती है। और आज हम एक अध्ययन से परिचित होंगे जिसमें वैज्ञानिकों ने तथाकथित क्विबेट हाइब्रिड बनाकर गति संकेतकों में सुधार करने का फैसला किया। यह क्या है, इसमें क्या है और यह कैसे काम करता है, यह हम अनुसंधान समूह की रिपोर्ट से सीखते हैं। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

सभी के लिए इसे स्पष्ट करने के लिए, वैज्ञानिक मुख्य रूप से कई पहलुओं पर जोर देते हैं जो उनके अध्ययन से पहले होते हैं। सबसे पहले, ये सेमीकंडक्टर क्वांटम डॉट्स में सिंगल-स्पिन क्वाइब हैं, जो क्वांटम वन-क्वाइबिट गेट्स के लिए 99.99% तक की सटीकता का एक अविश्वसनीय स्तर प्रदान कर सकता है। दूसरे, ये लंबे समय से सुसंगत समय के साथ दो-क्विट गेट हैं।

एक क्वांटम गेट * एक तार्किक तत्व है जो एक निश्चित कानून के अनुसार एक qubit के इनपुट स्थिति को आउटपुट स्थिति में परिवर्तित करता है।

समस्या यह है कि क्वैब के प्रारंभिककरण और वास्तविक पढ़ने की प्रक्रिया नियंत्रण प्रक्रिया की तुलना में परिमाण के क्रम को धीमा कर देती है। और यह बेहद नकारात्मक माप के आधार पर प्रोटोकॉल के कार्यान्वयन को प्रभावित करता है। इनमें त्रुटि सुधार शामिल हैं।

लेकिन यह पहले से ही निराशाजनक लगता है, लेकिन हमारे शोधकर्ताओं के लिए नहीं। वे ध्यान दें कि दो-स्पिन उप-क्षेत्र में एम्बेडेड एक सिंगल-ट्रिपलेट क्वेट उच्च सटीकता और उच्च गति दोनों हो सकता है। यह ये तत्व हैं जो हाइब्रिड प्रणाली का आधार हैं, जिसके माध्यम से वैज्ञानिक 5.5 नैनोसेकंड की गति से नियंत्रित चरण के क्वांटम गेट का एहसास करने में सक्षम थे, जो कि समय को बदलने वाले समय की तुलना में कई गुना तेज है।

गहराई * क्वांटम सिस्टम से शास्त्रीय विशेषताओं को निकालने के लिए एक तंत्र है। एक क्वांटम प्रणाली के सामंजस्य के क्षीणन की प्रक्रिया का संदर्भ देता है।

मुख्य, इसलिए बोलने के लिए, एक हाइब्रिड सिस्टम (CPHASE) का विवरण दो प्रकार के क्वैबिट्स हैं, जिनमें से प्रत्येक के अपने फायदे और नुकसान हैं: लॉस-डिविंसेंज़ो क्वबिट्स (इसके बाद एलडी) और सिंगलेट-ट्रिपल क्वैबिट्स (इसके बाद एसटी)।

एलडी क्वबिट्स में, दो-क्विबिट क्वांटम गेट बल्कि तेज है, क्योंकि यह आसन्न स्पिन के बीच विनिमय प्रक्रियाओं पर ध्यान केंद्रित करता है। लेकिन एसटी क्वांट्स बहुत धीमे हैं, क्योंकि वे एक कमजोर द्विध्रुवीय युग्मन द्वारा सीमित हैं।

आरंभ और पढ़ने की प्रक्रियाओं में, स्थिति मौलिक रूप से बदल रही है। स्पिन-सेलेक्टिव टनलिंग के कारण एलडी क्वबिट्स धीमी हो जाती हैं। और पाउली सिद्धांत के कारण एसटी बहुत तेज हैं।

इस प्रकार, हमारे पास दो प्रकार की क्वाइब हैं जो कुछ प्रक्रियाओं में खुद को पूरी तरह से दिखाती हैं। यदि आप एक हाइब्रिड सिस्टम में उनके लाभ को जोड़ते हैं, तो आप तेजी से और अधिक सटीक क्वांटम गणना प्राप्त कर सकते हैं। और इसके लिए उनके बीच एक कनेक्टिंग इंटरफ़ेस बनाना आवश्यक है, जो वैज्ञानिकों ने अपने शोध में किया था। आइए जानें कि उनका काम कितना सफल रहा।

अनुसंधान के परिणाम


चित्र संख्या 1

चित्रा 1 ए में, हम देखते हैं कि कैसे एलडी और एसटी की दरों को ट्रिपल क्वांटम डॉट (टीक्यूडी) पर लागू किया गया था। एलडी क्वबिट बाएं बिंदु पर बनता है, और एसटी अन्य दो पर स्थित है।

LD qubit पर सुसंगत और प्रतिध्वनि नियंत्रण प्राप्त करने के लिए, वैज्ञानिकों ने TQD के बगल में एक माइक्रोमाग्नेट जोड़ा। यह विद्युत द्विध्रुवीय स्पिन प्रतिध्वनि (EDSR) के माध्यम से पूरा हुआ, जो क्वांटम-यांत्रिक प्रभावों जैसे स्पिन-ऑर्बिट युग्मन के माध्यम से एक प्रणाली में चुंबकीय क्षणों को नियंत्रित करने का एक तरीका है।

इसने केंद्रीय और सही बिंदुओं के बीच Zeeman ऊर्जा में अंतर को बढ़ाना और उनकी विनिमय बातचीत की तुलना में संभव बनाया।

Zeeman energy * एक चुंबकीय क्षेत्र में स्पिन की बाहरी संभावित ऊर्जा है।

इस प्रकार, इन बिंदुओं पर ST qubit का eigenstate हो जाता है | एकल के बजाय ↓⟩ e | | ↓ st the | S⟩ और triplet | T⟩ | फिर, 3.166 T (टेस्ला) के एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र को लागू किया गया, जिसने हमें Zeeman ऊर्जा द्वारा LD qubit के राज्यों को अलग करने और ध्रुवीकृत ट्रिपलेट राज्यों को अलग करने की अनुमति दी।


विघटन के रेफ्रिजरेटर की योजना (उन लोगों के लिए स्रोत जो इस उपकरण के संचालन के सिद्धांतों से अधिक विस्तार से परिचित होना चाहते हैं)।

इस प्रयोग को 120 एमके (मिलीकेल्विन) के तापमान पर विशेष कमजोर पड़ने वाले रेफ्रिजरेटर में किया गया था। आवृत्तियों के साथ जोड़तोड़ एक आवेश स्थिति (1,1,1) पर हुआ, आरम्भ में (1,0,1), और (1,0,2) में वाचन।

(एन, एन, एन) * - प्रत्येक बिंदु (बाएं, केंद्र और दाएं) के अंदर इलेक्ट्रॉनों की संख्या।

प्रारंभिककरण, नियंत्रण और पढ़ने की प्रक्रियाओं को जांचने के लिए, प्रत्येक क्वाइब के लिए सुसंगत समय में बदलाव के माप किए गए थे। अंतर-क्वबिट विनिमय इंटरैक्शन को कम करने के लिए, वैज्ञानिकों ने नाटकीय रूप से चार्ज स्टेट्स (1,1,1) और (2,0,1) के ऊर्जा स्तर को बदल दिया।

जब एलडी क्वबिट का अवलोकन करते हैं, तो 10 मेगाहर्ट्ज ( 1 डी ) की आवृत्ति के साथ रबी दोलन माइक्रोवेव पल्स टाइम ( 1 ई ) के एक समारोह के रूप में सामने आया था। ST qubit में, के बीच एक मिसाल देखी गई। ↑⟩ | और | ↓ ↑) ( 1f ) |

चित्रा 1 सी बाईं और केंद्रीय क्वांटम डॉट्स के बीच विनिमय बातचीत के माध्यम से एक दूसरे से दो क्वैब्स को जोड़ने की प्रक्रिया को दिखाता है।

दो-qubit प्रणाली निम्नलिखित हालत के अनुसार संचालित किया गया था:

E _Z Q ZE ^ST _Z , ≫E ^QQ _Z Q J ^{QQ ST} J ^ST , जहाँ:

ई _जेड - ज़िमन ऊर्जा;
∆E ^ST _Z सही और केंद्र बिंदुओं के बीच Zeeman ऊर्जा का अंतर है;
∆E ^QQ _Z बाएं और केंद्रीय बिंदुओं के बीच Zeeman ऊर्जा का अंतर है;
जे ^{क्यूक्यू} - बाएं और केंद्रीय बिंदुओं के बीच विनिमय बातचीत;
जे ^एसटी - सही और केंद्र बिंदुओं के बीच विनिमय बातचीत।

इस मामले में, सिस्टम का हैमिल्टन निम्नानुसार होगा:



जहां ^ the ^LD _z और ^ _z ^ST _z क्रमशः एलडी और एसटी के लिए पेलेटिव z- ऑपरेटर हैं।


चित्र संख्या 2

एक हाइब्रिड सिस्टम के वास्तविक उदाहरण के रूप में, दो-क्विट वाल्व का परीक्षण करने से पहले, वैज्ञानिकों ने पावर स्तरों में हेरफेर करके इंटर-क्विबिट इंटरैक्शन की ताकत और इसकी परिवर्तनशीलता को जांचा।

स्पंदित अवस्था में पुरुष-क्वेबिट इंटरैक्शन को (2,0,1) और (1,1,1) चार्ज स्टेट्स ( 2 बी ) के बीच ऊर्जा को बदलकर नियंत्रित किया गया था। और एसटी क्वाट के कंप्यूटिंग राज्यों में नुकसान को रोकने के लिए, रैखिक वोल्टेज परिवर्तनों (अधिकतम 24 नैनोसेकंड) को शुरू करके इंटर-क्लेबिट विनिमय बातचीत को चालू और बंद कर दिया गया था।

एसटी क्वबिट के सुसंगत पूर्वानुक्रम को डी। से एच (छवि संख्या 2) में स्पंदित अवस्थाओं को दोहराकर, एलडी क्वाबिट को मापने, निगरानी और मापने के बिना मापा गया, जिसने उत्तरार्द्ध को यादृच्छिक क्रम में ↑ ↓⟩⟩ और ↓ ↑ mixture का मिश्रण बना दिया।

चित्रा 2 बी एलडी क्वबिट की इनपुट स्थिति के माध्यम से एसटी qubit की पूर्व आवृत्ति आवृत्ति पर नियंत्रण प्रदर्शित करने के लिए प्रयोग में आने वाले क्वांटम सर्किट का विस्तार से पता चलता है। प्रारंभिक अवस्था के रूप में ↓⟩ ↓ या | ↑ ↓ ↓ का उपयोग करते हुए, ST प्रीसेशन ( 2e , 2f ) प्राप्त किया गया था।


चित्र संख्या 3

चित्रा 3 ए चरण onLD पर आरंभीकरण समय की निर्भरता दिखाता है, ग्राफ 3 बी पर नियंत्रित चरण ϕ = = _↓ = ϕ _〉 - ϕ _{| ↑} shown पहले _से ही दिखाया गया है।

टिप्पणियों से पता चला है कि परीक्षण किए गए CPHASE वाल्व के लिए आवश्यक समय 5.5 ns हो सकता है। हालांकि, अधिकतम संभावना विधि द्वारा प्राप्त समय 211 एनएस था। वैज्ञानिकों ने इसे इस तथ्य के लिए जिम्मेदार ठहराया है कि यहां प्राप्त छोटे डेटा संग्रह समय शोर स्पेक्ट्रम के कम आवृत्ति घटक को "काट" देता है।


चित्र संख्या 4

वैज्ञानिकों ने आगे दिखाया कि एलडी क्वैबिट के मनमाने इनपुट राज्यों को पेश करते समय CPHASE वाल्व बिल्कुल सही ढंग से संचालित करने में सक्षम है। चित्रा 4 ए इसके लिए उपयोग किए जाने वाले क्वांटम सर्किट को दर्शाता है, जिसमें कार्यान्वयन का समय शर्त = _C = shows को संतुष्ट करने के लिए निर्धारित किया गया है। इस मामले में, मनमाने ढंग से isLD z के साथ एक qubit के सुसंगत प्रारंभिक राज्य LD बिजली द्विध्रुवीय स्पिन प्रतिध्वनि के माध्यम से तैयार किया जाता है।

अध्ययन की बारीकियों (विधियों, गणनाओं, सूत्रों और टिप्पणियों) के साथ अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं दृढ़ता से अनुशंसा करता हूं कि आप वैज्ञानिकों की रिपोर्ट और इसके लिए अतिरिक्त सामग्रियों पर ध्यान दें।

उपसंहार

पूर्णता की कोई सीमा नहीं है। दाढ़ी वाले मजाक की तरह यह बयान, पहले ही सौ बार सुना जा चुका है, लेकिन यह प्रासंगिक बना हुआ है। यद्यपि क्वांटम गणना हमें एक उज्ज्वल नई दुनिया का वादा करती है, उनके कार्यान्वयन के लिए काफी प्रयास, शोध और समस्याओं को हल करने की आवश्यकता होती है।

हालांकि, यह अध्ययन वास्तविकता के करीब एक कदम व्यावहारिक स्तर पर क्वांटम कंप्यूटिंग के कार्यान्वयन को लाता है। एक हाइब्रिड सिस्टम में विभिन्न प्रकार के क्वैबिट के फायदों का उपयोग करने से हमें न केवल क्वांटम प्रक्रियाओं की उच्च सटीकता प्राप्त करने की अनुमति मिलती है, बल्कि उनके निष्पादन की पर्याप्त उच्च गति भी प्राप्त होती है। और इस तरह के एक संयोजन हमेशा से रहा है और मायने रखता है, जो भी गणना खुद कर रहे हैं।

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