Kvanttimekaniikka on kiehtonut yli vuosisadan ajan. 'Schrödingerin kissa' -kokeen ajatusmalli havainnollistaa kvanttisuperpositiotilaa, jossa kissa on samanaikaisesti elävä ja kuollut, riippuen radioaktiivisen atomin hajoamisesta.
Professori Andrea Morellon tiimi käytti antimoniatomia, joka on paljon monimutkaisempi kuin tavalliset qubitit, tämän kokeen toteuttamiseen. Nature Physics -julkaisussa julkaistu tutkimus osoittaa, kuinka antimonilla, sen kahdeksalla spin-suunnalla, on uusi näkökulma kvanttisuperpositioon.
Pääkirjoittaja Xi Yu selittää, että antimonin avulla voidaan saavuttaa laajempi superpositio, verrattuna kissaan, jolla on seitsemän elämää. Tämä virheenkorjaukseen liittyvä kestävyys on ratkaisevan tärkeää kvanttitietokoneiden kannalta.
Antimoniatomi on integroitu piikvanttipiiriin, joka on lupaava teknologia kvanttitietokoneiden skaalautuvuuden kannalta. Tämä edistysaskel mahdollistaa paremman virheiden havaitsemisen ja korjaamisen, mikä on olennaista tämän teknologian kehittämisessä.
Professori Morello korostaa tämän löydön merkitystä kvantti-virheenkorjaukselle, joka on tärkeä haaste kvanttitietokoneiden alalla. Tämä tutkimus on kansainvälisen yhteistyön tulos, joka yhdistää teoreettisen ja kokeellisen asiantuntemuksen.
Tämä tutkimus merkitsee merkittävää askelta kohti luotettavien kvanttitietokoneiden toteuttamista, tarjoten uuden menetelmän kvantti-informaation koodaukseen ja suojaamiseen virheiltä.
mitä kvanttisuperpositio tarkoittaa?
Kvanttisuperpositio on kvanttimekaniikan perusperiaate, jonka mukaan hiukkanen voi olla useassa tilassa samanaikaisesti. Toisin kuin klassisessa fysiikassa, jossa esineellä on määritelty sijainti ja tila, kvanttimekaniikassa hiukkanen voi olla superpositiotilassa, kuten olla sekä 'tässä' että 'tuolla'.Tätä käsitettä havainnollistaa Schrödingerin kissa -kokeen ajatusmalli, jossa kissa on sekä elävä että kuollut, kunnes havainto tehdään. Kvanttisuperpositio on olennaista kvanttiperusteisten ilmiöiden ymmärtämiseksi ja se on kvanttiteknologioiden, kuten kvanttitietokoneiden, perusta.
Tässä tutkimuksessa antimoniatomin käyttö mahdollistaa kvanttisuperposition luomisen suuremmassa ja monimutkaisemmassa mittakaavassa kuin perinteiset qubitit, avaten uusia mahdollisuuksia kvanttitietokoneille.
Miten kvantti-virheenkorjaus toimii?
Kvantti-virheenkorjaus on joukko tekniikoita, jotka on suunniteltu suojaamaan kvantti-informaatiota decoherenssin ja kvanttiäänien aiheuttamilta virheiltä. Toisin kuin klassiset bitit, qubitit ovat äärimmäisen herkkiä ympäristölleen, mikä voi johtaa virheisiin kvanttilaskelmissa.Kvantti-virheenkorjaus perustuu kvantti-informaation redundanssiin, mikä mahdollistaa virheiden havaitsemisen ja korjaamisen ilman kvanttitilan häiritsemistä. Tämä edellyttää kvanttikoodien käyttöä, jotka voivat havaita virheitä mittaamalla qubitien erityisiä ominaisuuksia ilman suoraa havaintoa.
Tässä tutkimuksessa antimoniatomin käyttö, jossa on kahdeksan spin-suuntaa, tarjoaa suurempaa kestävyyttä virheiden suhteen, koska kvantti-informaation muuttamiseksi tarvitaan useita peräkkäisiä virheitä. Tämä merkitsee merkittävää edistystä luotettavien kvanttijärjestelmien kehittämisessä.