Viime vuosina fyysikot ovat tehneet laajoja tutkimuksia keskittyen kvanttiteknologiaan ja kvanttimonikehojärjestelmiin. Kaksi epätasapainoista dynaamista prosessia, jotka ovat herättäneet erityistä huomiota tällä alalla, ovat kvanttitermisointi ja tiedon sekoitus.
Termalisaatio eli "relaksaatio tasapainoon" on prosessi, jonka kautta kvanttimonikehojärjestelmät saavuttavat lämpötasapainon. Tiedon sekoitus puolestaan merkitsee paikallisen tiedon hajoamista monikappaleisiin kvanttiketumiin, jotka jakautuvat kvanttimonikehojärjestelmään.
Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston, Shanghain kvanttitieteiden tutkimuskeskuksen ja Kiinan tiedeakatemian tutkijat ovat viime aikoina havainneet sekä lämpökäsittelyä että tiedon sekoitusta suprajohtavassa kvanttiprosessorissa. Heidän havainnot, jotka on julkaistu Physical Review Letters -julkaisussa, voisivat tasoittaa tietä uusille tutkimuksille, jotka keskittyvät kvanttimonikehojärjestelmien termodynamiikkaan.
"Kvanttimonikehojärjestelmien epätasapainoiset ominaisuudet ovat tärkeitä sen kannalta, onko kvanttijärjestelmän integroituvuus rikki", yksi tutkimuksen suorittaneista tutkijoista Xiaobo Zhu kertoi Phys.orgille. "Erityisesti termisointi ja tiedon sekoitus epäonnistuvat yksiulotteisten vapaiden fermionien epätasapainodynamiikan aikana integroitavana järjestelmänä."
Lämpöisyyden ja tiedon sekoituksen kokeellinen tutkiminen sekä integroitavissa että ei-integroitavissa kvanttijärjestelmissä voi olla erityisen haastavaa kahdesta keskeisestä syystä. Ensinnäkin tämän tekeminen edellyttää molempien tämäntyyppisten järjestelmien kokeellista toteutusta samassa kvanttisimulaattorissa.
Lisäksi, jotta nämä kokeet voidaan suorittaa menestyksekkäästi, tutkijoiden on kyettävä keräämään tarkkoja ja tehokkaita mittauksia kietoutumisentropiasta ja kolmiosaisesta keskinäisestä tiedosta. Nämä mittaukset antavat tutkijoille viime kädessä mahdollisuuden kvantifioida termisoitumista ja tietojen sekoitusta, tyypillisesti käyttämällä lähestymistapaa, joka tunnetaan nimellä monikubitinen kvanttitilatomografia.
"Äskettäisessä työssämme 24 qubitistä koostuvaa ohjelmoitavaa tikapuutyyppistä suprajohtavaa piiriä käyttäen tutkimme kokeellisesti termistämistä ja sekoitusta 12 qubitin ketjussa ja tikkaissa suorittamalla kvanttisimulaatioita 1D XX -mallille, joka voidaan kartoittaa. vapaisiin fermioneihin, tyypilliseen integroitavaan järjestelmään ja XX-tikapuumalliin ei-integroitavana järjestelmänä", Zhu selitti. "Havaitsimme kahta erillistä kubitin ketjun ja tikkaiden dynaamista käyttäytymistä, mikä osoittaa, että integroitavuus on avainasemassa lämpökäsittelyssä ja tiedon sekoitus."
Zhu ja hänen kollegansa päättivät tutkia kvanttilämpöistämistä ja tiedon sekoitusta suprajohtavassa kvanttiprosessorissa, jolle on ominaista korkea ohjelmoitavuus. Virittämällä kaikki kubitit samoille vuorovaikutteisille taajuuksille he pystyivät tutkimaan kokeellisesti kubittiketjun ja tikkaiden epätasapainodynamiikkaa.
"Ajan kehityksen jälkeen voimme mitata paikallisia havaintoja projisoimalla kaikki kubitit Z-projektioihin", Zhu sanoi. "Käytimme myös erittäin tarkkaa monikubitista kvanttitilatomografiaa kietoutumisentropian ja kolmiosaisen keskinäisen tiedon (TMI) mittaamiseen. Suprajohtavan piirin tikapuutyyppinen arkkitehtuuri antoi meille mahdollisuuden tutkia integroitavaa 1D-ketjua ja ei-integroitavia tikkaita. samassa kvanttiprosessorissa."
Zhu ja hänen kollegansa tutkivat ensin lämpökäsittelyä ja tiedon sekoitusta erittäin ohjelmoitavan suprajohtavan piirinsä kubittiryhmäketjussa ja tikkaissa. Heidän havainnot viittaavat siihen, että integroitavuus vaikuttaa merkittävästi epätasapainoisten monikehoisten kvanttijärjestelmien ominaisuuksiin.
"Havaitsimme myös vakaan negatiivisen TMI:n arvon ei-integroitavassa järjestelmässä, joka on ensimmäinen kokeellinen allekirjoitus TMI:n avulla luonnehditusta tiedon sekoitusjärjestelmästä, mikä loi pohjan TMI:n jatkotutkimuksille muissa alustoissa", Zhu sanoi.
Sen lisäksi, että Zhu ja hänen kollegansa keräsivät mielenkiintoisen näkemyksen järjestelmän integroitavuuden merkityksestä sen epätasapainoisten ominaisuuksien määrittämisessä ja paljastivat tiedon sekoituksen tunnusmerkit, Zhu ja hänen kollegansa olivat ensimmäisten joukossa, jotka tutkivat kvanttimonikehojärjestelmiä käyttämällä erittäin ohjelmoitava kvanttiprosessori.
Tulevaisuudessa heidän käyttämänsä piirin kokoa voitaisiin laajentaa entisestään, jotta voitaisiin suorittaa laskelmia, jotka olisivat vaikeampia suorittaa klassisilla tietokoneilla. Seuraavissa tutkimuksissaan tutkijat haluavat laajentaa viimeaikaista työtään kahteen päätutkimukseen.
"Ensinnäkin aiomme sisällyttää enemmän kubitteja muodostaaksemme suuremman monirunkoisen järjestelmän", Zhu lisäsi. "Toiseksi aiomme parantaa kvanttiprosessorin ohjelmoitavuutta. Huippuluokan suprajohtavalla kvanttiprosessorilla "Zuchongzhi 2.0" olemme onnistuneesti osoittaneet kvanttiedun. Aiomme käyttää tätä prosessoria jännittävämpien ilmiöiden esittelyyn. monikehofysiikassa."
Tutki lisää
Ensimmäinen topologisiin eristimiin perustuva hybridi kvanttibittiLisätietoja:Qingling Zhu et al, Observation of Thermalization and Information Scrambling in a Superconducting Quantum Processor, Physical Review Letters (2022).DOI: 10.1103/PhysRevLett .128.160502Lehtitiedot:
© 2022 Science X Network
Sitanaus: Termalisointi ja tiedon sekoitus suprajohtavassa kvanttiprosessorissa (2022, 19. toukokuuta) haettu 19. toukokuuta 2022 osoitteesta https://phys.org/news/2022-05-thermalization-scrambling-superconducting-quantum -processor.htmlTämä asiakirja on tekijänoikeuden alainen. Yksityistä opiskelua tai tutkimusta varten tapahtuvaa reilua kauppaa lukuun ottamatta mitään osaa ei saa kopioida ilman kirjallista lupaa. Sisältö on tarkoitettu vain tiedoksi.
