گیت های کوانتومی رکورد سرعت 6.8 نانوثانیه را با دقت بیش از 99.98 درصد ثبت کردند.

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

محققان ژولیخ، آخن و کلن یک عملیات کوانتومی را بر روی یک کیوبیت تنها در 6.8 نانوثانیه انجام داده اند - با دقت بیش از 99.98٪. چنین عملیاتی معمولا در رایانه های کوانتومی ابررسانا چندین ده نانوثانیه طول می کشد. این مقاله در Nature Communications منتشر شده است.

6.8 نانوثانیه - این مدت زمانی است که نور طول می کشد تا مسافتی در حدود دو متر (6.6 فوت) را در خلاء طی کند. در این کسری از ثانیه، محققان موسسه پیتر گرونبرگ برای سیستم‌های کوانتومی عملکردی (PGI-13) و کنترل کوانتومی (PGI-8) در Forschungszentrum Jülich موفق به انجام عملیات محاسباتی ابتدایی بر روی یک بیت کوانتومی یا به اختصار کیوبیت شدند.

با این حال، هرچه پالس‌های مایکروویو برای تعویض کیوبیت کوتاه‌تر باشند، باید قوی‌تر باشند. این خطر تحریک ناخواسته را افزایش می دهد. این به این دلیل است که کیوبیت های ابررسانا بیش از دو حالت انرژی مورد استفاده برای محاسبات دارند. اگر خیلی شدید هیجان زده شوند، می توانند ناخواسته به سطوح انرژی بالاتر منتقل شوند.

به بیان ساده، می‌توانید آن را مانند یک آسانسور در یک ساختمان بلند تصور کنید که قرار است بار آن را فقط بین طبقه همکف و طبقه اول حمل کند. بار را خیلی سریع بالا بیاورید و ممکن است بیش از حد بالا برود.

این تیم دریافت که پالس‌های قوی و سریع مایکروویو نه تنها می‌توانند اطلاعات را یک طبقه فراتر از مقصد مورد نظر خود برانند، بلکه آن‌ها را دو یا سه طبقه بالاتر از طریق به اصطلاح انتقال‌های چند فوتونی قرار می‌دهند - اثری که قبلا نادیده گرفته شده بود.

چنین انتقال‌های چند فوتونی در کیوبیت‌ها به ویژه خائنانه هستند: آنها می‌توانند در چندین مرحله محاسباتی ادامه داشته باشند و تصحیح خطای کوانتومی را مختل کنند.

با همکاری نزدیک بین گروه آزمایشی یوان گائو و پروفسور رامی بارندز (PGI-13) و گروه نظری خوزه دا کوستا ژسوس، دکتر فرانسیسکو کاردناس-لوپز و پروفسور فلیکس موتزوی (PGI-8)، این تیم روشی را توسعه داده اند که به طور خاص چنین انتقالی را سرکوب می کند. برای رسیدن به این هدف، پالس های کنترلی با دقت استثنایی شکل می گیرند.

مشابه فیلتر فرکانس، اجزای فرکانس خاصی سرکوب می شوند. در نتیجه، پالس‌ها همچنان عملیات محاسباتی مورد نظر را آغاز می‌کنند در حالی که به سختی هیچ انتقالی به حالت‌های انرژی بالاتر را تحریک می‌کنند.

روش جدید که R2D نام دارد، بر اساس روش DRAG ایجاد شده است، تکنیک تصحیح که برای بیش از یک دهه روش استاندارد برای کنترل کیوبیت ها بوده است. در مقایسه با روش استاندارد قبلی، روش جدید احتمال انتقال چند فوتونی ناخواسته را به میزان بیش از 20 کاهش می دهد.

این نتایج به عنوان بخشی از پروژه مشارکتی در مقیاس بزرگ QSOLID به دست آمد. این روش بر روی یک کیوبیت ترانسمون ابررسانا ساخته شده در تاسیسات نانو هلمهولتز در Forschungszentrum Jülich آزمایش شد.

دو عملیات کوانتومی اساسی با استفاده از پالس های مایکروویو انجام شد که هر کدام تنها 6.8 نانوثانیه به طول انجامید. دقت اندازه گیری شده مربوطه 99.981٪ و 99.989٪ بود. احتمال انتقال ناخواسته کیوبیت به حالت انرژی بالاتر زیر 0.002% در هر عملیات باقی ماند.

با این حال، تا کنون این روش تنها بر روی یک کیوبیت مجزا آزمایش شده است. آزمایش‌های بیشتری برای تعیین اینکه آیا در پردازنده‌های کوانتومی بزرگتر و در حین عملیات شامل دو کیوبیت به خوبی کار می‌کند یا خیر، مورد نیاز است.

نتایج نه تنها معیار جدیدی برای دروازه‌های کوانتومی ایجاد می‌کند، بلکه درک ما را عمیق‌تر می‌کند و بینش‌های ارزشمندی را برای بهبودهای بیشتر در سیستم کوانتومی ارائه می‌دهد. از این گذشته، کار نشان داده است که زمان تعویض بسیار کوتاه و دقت بالا را می توان به طور همزمان به دست آورد.

Y. Gao و همکاران، دروازه های تک کیوبیتی فوق سریع از طریق حذف انتقال چند فوتونی، Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-78373-4

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →