لا يمكنك التغلب على حدود Heisenberg ، لكن مع وجود عدد كافٍ من الرياضيات ، يمكنك ذلك تأتي قريبة. ميزات التركيز
الحوسبة الكمية تدور حول التحكم في حالات الكم. في الآونة الأخيرة ، ظهرت أخبار حول حوسبة الكم الحاسوبية الأشياء ، مع القدرة الأساسية للسيطرة على الأشياء التي اتخذت ل مفروغا منه. ولكن الحقيقة هي أن السيطرة لا تزال عاملا مقيدا في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
في صميم الأمر ، يوجد الكوبيت وهو كائن كمي يستخدم لترميز المعلومات. جزء من قوة الكم الكمبيوتر هو أنه يمكن وضع qubit في حالة تراكب — أكثر في ذلك أدناه – يسمح بنوع من التوازي. الهدف من الخوارزمية الكمومية هي معالجة حالة تراكب الكويبت بحيث عندما نقيس qubit ، فإنها تُرجع قيمة بت ذلك يتوافق مع الإجابة الصحيحة.
وهذا يعني السيطرة على حالة التراكب ، والتي يتضمن الكثير من المعدات عالية الدقة (والسعر العالي). التحسينات عادة ما تنطوي على معدات أكثر تكلفة. لكن البحوث الجديدة تشير إلى أننا قد نكون قادرين على تحسين لدينا التحكم بعامل 1000 باستخدام المعدات الحالية وذكية التفكير.
Contents
يجب على المؤلف أن لا يكون قد كتب جانباً طويلاً حول التراكب
لفهم مشكلة التحكم ، نحتاج إلى بعض الشيء فهم حول التراكب. عندما نصف الكم حالة التراكب ، غالبًا ما نستخدم اختصارًا ونقول شيئًا من هذا القبيل “هذا يعني أن الجسيم في موقعين في وقت واحد.”
لكن هذا في الحقيقة لا يقطعها عن أغراضنا ، وأعتقد ذلك مضلل على أي حال. يحتوي الكائن الكمومي على عدد من الخصائص يمكننا قياسه. حتى يتم قياس خاصية ، مثل الموقف ، ليس له قيمة. بدلاً من ذلك ، علينا أن نفكر في الاحتمالات: إذا كان علينا إجراء القياس ، ما هو احتمال أننا سوف تحصل على قيمة معينة؟
هذا هو السطح. تحت السطح هو غير عادي للغاية مفهوم يسمى “السعة الاحتمالية”. الاحتمال دائمًا موجب (أو صفر) وحقيقي ، ولكن السعة يمكن أن تكون إيجابية ، سلبي ، أو حتى معقد (إذا كنت لا تعرف رقم مركب هو ، لا تقلق). هذا يغير كل شيء.
دعونا نتخيل أن لدينا جزيءًا واحدًا ، ونطلقه على شاشة مع اثنين من الثقوب. قد يمر الجسيم من خلال أي ثقب أو ضرب الشاشة. على الجانب الآخر من الشاشة ، نضع كاشف ونسأل أنفسنا ، “ما هو احتمال أننا سوف كشف الجسيمات؟ ”
حسنًا ، للحصول على ذلك ، علينا إضافة الاحتمال سعة كل مسار يمكن للجسيم أن يسلكه إلى الكاشف. والسعات يمكن أن تكون إيجابية أو سلبية ، وبالتالي فإن المجموع ليس كذلك أكبر بالضرورة. يمكن أن يكون حتى الصفر.
إذا قمنا بإجراء هذا الحساب للعديد من مختلف ممكن مواقع الكشف ، نجد العديد من الأماكن التي يكون فيها الاحتمال تماما الصفر والعديد من الأماكن التي يحتمل على قدم المساواة. اذا أنت إجراء هذه التجربة ، وهذا هو بالضبط ما تقيسه. بعد آلاف الجسيمات الفردية تمر عبر الثقوب ، هناك بعض الأماكن التي لم يتم اكتشافها أبدًا وغيرها من الأماكن التي توجد فيها الكشف بانتظام.
إلى أين أنا ذاهب مع كل هذا؟ في ميكانيكا الكم ، ل التنبؤ بدقة هذه النتائج ، تحتاج إلى معرفة كل ما هو ممكن مسارات قد يصل بها الجسيم إلى موضع معين. لذلك ، في منطقتنا المثال أعلاه ، نحن بحاجة إلى أن نأخذ في الاعتبار كلا المسارين إلى كاشف. هذا يقود الناس إلى القول إن الجسيم يمر كل الثقوب في وقت واحد.
ولكن ، إضافة السعات احتمال يحدد أين قد يتم الكشف عن الجسيمات وأين لن يتم الكشف عنها. وبالتالي، إذا قمت بتعديل أحد المسارات التي قد يتخذها الجسيم ، فهذا يعني قمت بتعديل السعات وبالتالي تحول الموقع حيث يمكن العثور على الجسيمات.
باستخدام التراكب
لذلك ، فإن احتمال قياس قيمة يعتمد على التاريخ من موجة الاحتمال. هذا يشمل جميع المسارات الممكنة. و التي يمكن أن تتحول إلى جهاز استشعار ممتاز. في الواقع ، نحن نستخدم هذا خاصية لقياس مرور الوقت مع حساسية رائعة. كما أنه يعمل بشكل جيد لقياس الخصائص الأخرى.
مثال شائع هو استشعار المجالات المغناطيسية. شيء من هذا القبيل الإلكترون هو أيضا المغناطيس الصغير. سوف المغناطيس الإلكترون أيضا محاذاة مع المجال المغناطيسي أو مكافحة محاذاة. لذلك ، يمكننا وضع الإلكترون في حالة تراكب الانحياز والانحياز. ال تأثير المجال المغناطيسي هو تعديل الاحتمال سعة الدولتين ، في حين يعتمد حجم التغيير على قوة المجال المغناطيسي.
بعد المرور عبر المجال المغناطيسي ، نقيس اتجاه المغناطيس الإلكترون. قياس فردي لا يخبرنا أي شيء ، ولكن بعد ألف إلكترون ، لدينا الاحتمالات النسبية للاتجاهين. من ذلك ، يمكننا حساب قوة المجال المغناطيسي.
يمكن أن يكون هذا ، من حيث المبدأ ، جهاز استشعار دقيق للغاية. واحد فقط الشيء يحصل في الطريق: الضوضاء. قيمة الاحتمال السعات تعتمد على المسار الذي يأخذونه (وإن لم يكن بالضرورة المسافة التي يسافرونها). يتم تغيير هذا المسار من قبل البيئة المحلية بطرق لا يمكن التنبؤ بها ، لذلك كل إلكترون هو في الواقع قياس تأثير المجال المغناطيسي نحن تريد قياس بالإضافة إلى مساهمة عشوائية من الضوضاء. الأخير يختلف عن كل إلكترون. إذا كان الضجيج كبير بما فيه الكفاية ، فإنه كل الشرور ، بحيث نتائج القياس اثنين (الانحياز و مكافحة الانحياز) لديها نفس الاحتمال.
لا يمكن تقليل الضوضاء. لذلك ، للحصول على قياس جيد ، ونحن يجب أن نجعل إلكتروننا أقل حساسية للتقلبات العشوائية و أكثر حساسية للإشارة التي نحن مهتمون بها.
الحصول على حساسية
في حالة قياس الإشارات المعتمدة على الوقت ، طريقة القيام به هذا هو ضربة متكررة الإلكترون بجد للغاية. في غياب من أي شاذ ، أو أي ضجيج ، موجة احتمال الإلكترون يتغير بسلاسة مع مرور الوقت. الضوضاء يضيف يقفز قليلا لهذه التغييرات. يبدو وكأنه موجة قفزت إلى الأمام (أو الخلف) في الوقت المناسب دون أن يلاحظ.
لكننا لا نريد القفزات الصغيرة ، لأن هؤلاء يعيقون الطريق الإشارة. بدلاً من ذلك ، نريد أن نصل إلى الإلكترون بكمية مضرب بيسبول ، الذي يخلق قفزة كبيرة بما يكفي لمبادلة سعة الاحتمال للنتيجة المحتملة اثنين (وهذا ما يسمى “pi-pulse”). عند القيام بذلك على فترات منتظمة ، يكون التأثير للتراجع عن جميع التغييرات التي تحركها الضوضاء التي تتراكم خلال فترة.
لذلك ، إذا لم يكن هناك إشارة والضوضاء فقط ، يمكنك قياس أي شبكة التغيير في الاحتمالات. ولكن إذا كان المجال المغناطيسي يتأرجح بتردد ثابت (أو بتعبير أدق ، قيادة الكبت في هذا التردد) ، فإن التغييرات في سعة الاحتمال سوف جمع.
هذا يعمل فقط إذا كانت الإشارات تختلف في نفس الفترة مثل الفاصل الزمني بين الجلدات نعطي النظام. في الأساس ، نحن لديك مرشح ضيق جدا (أولئك الذين يلعبون مع الالكترونيات قد يتعرف على وصف مضخم قفل مخفي في هنا).
على الرغم من أن المرشح ضيق بما يكفي ليكون مفيدًا ، إلا أنه لا يمكن أن يكون كذلك تحول بسلاسة في التردد ، لذلك لا يمكننا المسح عبر الترددات. المشكلة الكبيرة هي التكنولوجيا. لدينا مضرب بيسبول الكم هو في كثير من الأحيان نبض الميكروويف. هذه النبضات يجب أن تتولد عن شيء ما ، ومولد إشارة جيدة قد تحديث انتاجها كل نانو ثانية. هذا يعني أنه يمكنك فقط تغيير الفاصل الزمني بين النبضات (وطول كل نبضة) بزيادات واحدة نانو ثانية.
تخيل أنك تريد قياس وتيرة وسعة مجال مغناطيسي متفاوت. أنت تعرف أن المجال المغناطيسي يختلف على تردد حوالي 5 ميغاهيرتز (وهذا يعني أنه في 100ns ، الحقل ينتقل من إيجابية بالكامل إلى سلبية بالكامل). لكنك لا تعرف تردد بالضبط. للعثور على المجال المغناطيسي ، يمكنك خطوة نبضك الفاصل الزمني مع مرور الوقت لتغطية مجموعة كاملة من الاهتمام. أنت تجد … لا شيء. لماذا ا؟ لأن المجال المغناطيسي كان متباينا في التردد الذي يقع بين أصغر الخطوات التي يمكن أن يأخذ.
تنطبق هذه المشكلة نفسها على التحكم في الكيبيتات. في الجهاز مع qubits متعددة ، كل يختلف قليلا ويجب أن يكون تسيطر عليها مع مجموعة مختلفة قليلا من نبضات الميكروويف. ال قرار صكوكنا لا يسمح لهذا أن يكون الأمثل بشكل جيد للغاية.
اتضح أن طريقة الالتفاف حول هذا الأمر هي معالجة الإلكترون أجمل قليلا. بدلا من تطبيق مرارا البيسبول الخفافيش ، ونحن نطبق دفعة سلسة للإلكترون. هذا الميكروويف السلس نبض له تأثير مثير للاهتمام لزيادة الوقت حل البقول. ونتيجة لذلك ، نحصل على تردد أعلى القرار (والتحكم أفضل qubit).
