Sebuah penemuan tahun 1932 sedang menulis ulang masa depan komputasi kuantum
Fisikawan di Universitas Aalto telah membayangkan kembali proses kuantum mendasar yang pertama kali ditemukan pada tahun 1932, sehingga memungkinkan untuk transisi antara tingkat energi dalam sistem kuantum dengan cara yang sebelumnya dilarang.
Menggunakan sirkuit superkonduktor, mereka menunjukkan metode untuk memotong keadaan energi menengah tanpa berinteraksi langsung dengannya – kemajuan yang dapat menyebabkan lebih kuat dan efisien Komputasi kuantum.
Terobosan kuantum
Pada tahun 1932, selama masa-masa awal mekanika kuantum, empat fisikawan terkenal-LEV Landau, Clarence Zener, Ernst Stückelberg, dan Ettore Majorana-mengembangkan formula matematika untuk menghitung probabilitas transisi antara dua negara energi dalam sistem dengan energi yang tergantung waktu. Selama bertahun -tahun, formula ini telah banyak diterapkan di seluruh fisika dan kimia.
Sekarang, para peneliti di Departemen Fisika Terapan Universitas Aalto telah menunjukkan bahwa transisi yang serupa dapat terjadi dalam sistem dengan lebih dari dua tingkat energi. Dengan menggunakan transisi virtual melalui keadaan menengah dan menyesuaikan frekuensi drive dengan kicauan linier, mereka mencapai lompatan keadaan terkontrol bahkan dalam sistem di mana modifikasi energi langsung tidak dimungkinkan.
Tim – terdiri dari peneliti doktoral Isak Björkman, peneliti postdoctoral Marko Kuzmanovic, dan Associate Professor Sorin Paraoanu – dengan sukses menerapkan proses ini di sirkuit superkonduktor, mirip dengan yang digunakan di komputer kuantum.
Makalah ini diterbitkan pada 14 Februari di Surat Ulasan Fisik.
Menentang kendala dengan teknik baru
Tim berhasil mengambil perangkat dari tingkat energi tanah ke apa yang dikenal sebagai tingkat tereksitasi kedua, meskipun tidak ada kopling langsung di antara level. Ini dilakukan dengan secara bersamaan menerapkan dua proses Landau-Zener-Stückelberg-Majorana. Keadaan tereksitasi pertama dibiarkan kosong di ujung protokol, seolah -olah telah dilewati sepenuhnya. Teknik ini menghindari kendala fisika yang melarang pergi dari permukaan tanah ke tingkat kedua secara langsung. Hasilnya adalah protokol yang lebih kuat dan efisien informasi yang dapat diterapkan pada domain seperti komputer kuantum untuk meningkatkan daya mereka.
“Kami mengembangkan pulsa kontrol listrik yang mengubah keadaan qubit dari permukaan tanah ke yang kedua dengan menggunakan proses virtual yang melibatkan tingkat pertama. Ada banyak manfaat untuk metode kami, termasuk bahwa kami tidak perlu mengetahui frekuensi transisi dengan sempurna, tetapi perkiraan kasar sudah cukup, ”kata penulis pertama Björkman.
Secara konvensional, hasil yang serupa membutuhkan skema kontrol yang sangat canggih dan penyempurnaan halus.
“Meningkatkan jumlah level dalam jenis sistem ini secara drastis meningkatkan kompleksitasnya. Salah satu manfaat dari pendekatan kami adalah bahwa hal itu membuat penambahan negara ketiga lebih mudah, ”kata Kuzmanovic.
Kontrol presisi dan dampak dunia nyata
Bahkan lebih baik, metode baru menunjukkan probabilitas transfer yang tinggi dan menunjukkan ketahanan yang mengesankan untuk melayang dalam frekuensi qubit. Ini juga cocok sebagai metode kontrol untuk arsitektur komputasi kuantum bertingkat.
“Biasanya, jika Anda memiliki sistem bertingkat, tentu saja Anda dapat memasukkan beberapa radiasi, tetapi kemungkinan besar Anda akan menggairahkan banyak negara yang mungkin tidak Anda inginkan. Hasil kami menunjukkan bagaimana menargetkan keadaan yang sangat tepat, bahkan dalam sistem dengan frekuensi penyimpangan. Bayangkan Anda sedang memindai stasiun radio pilihan Anda: metode kami akan memungkinkan Anda untuk melompati frekuensi dan mendengarkan yang Anda sukai bahkan jika Anda tidak dapat menyesuaikan dengan tepat, ”kata Paraoanu.
Membuka jalan untuk komputasi kuantum yang lebih kuat
Selain kontrol yang lebih baik, melewati keadaan energi membuka jalan untuk memeras lebih banyak daya komputasi dari jumlah perangkat seperti qubit yang sama.
“Metode ini memotong beberapa overhead perangkat keras di komputer kuantum,” kata Paraoanu.
Referensi: “Pengamatan Efek Landau-Zener-Stückelberg-Majorana Dua Foton” oleh Isak Björkman, Marko Kuzmanović dan Gheorghe Sorin Paraoanu, 14 Februari 2025, Surat Ulasan Fisik.
Doi: 10.1103/physrevlett.134.060602
Tim menggunakan laboratorium suhu rendah dan fasilitas fabrikasi micronova dalam studi perintis mereka. Keduanya termasuk dalam infrastruktur penelitian nasional Finlandia Otanano.
Proyek ini menerima dana dari proyek Uni Eropa OpenSuperQ+, dan pekerjaan ini dilakukan sebagai bagian dari Program Academy of Finlandia Pusat Keunggulan dalam Teknologi Kuantum.
