qudits를 정량화하는 새로운 측정은 양자 미래를 엿볼 수 있습니다.

[아름이]

qudits를 정량화하는 새로운 측정은 양자 미래를 엿볼 수 있습니다.
날짜:
2022년 10월 13일
원천:
DOE/오크리지 국립연구소
요약:
기존의 실험 및 계산 리소스를 사용하여 다중 기관 팀은 하나의 광학 칩에서 일종의 광자 소스인 양자 주파수 빗으로 인코딩된 고차원 큐디트를 측정하는 효과적인 방법을 개발했습니다.

기존의 실험 및 계산 리소스를 사용하여 다중 기관 팀은 하나의 광학 칩에서 일종의 광자 소스인 양자 주파수 빗으로 인코딩된 고차원 큐디트를 측정하는 효과적인 방법을 개발했습니다.

"qudit"이라는 단어가 오타처럼 보일 수 있지만 큐비트 또는 양자 비트의 덜 알려진 이 사촌은 더 많은 정보를 전달할 수 있고 노이즈에 더 강합니다. 이 두 가지 모두 양자의 성능을 향상시키는 데 필요한 핵심 특성입니다. 네트워크, 양자 키 분배 시스템, 그리고 궁극적으로 양자 인터넷.

고전적인 컴퓨터 비트는 데이터를 1 또는 0으로 분류하는 반면 큐비트는 여러 양자 상태가 동시에 존재할 수 있게 하는 현상인 중첩으로 인해 1, 0 또는 둘 다의 값을 동시에 유지할 수 있습니다. qudit의 "d"는 광자에 인코딩할 수 있는 다양한 수준 또는 값의 수를 나타냅니다. 기존 큐비트에는 두 가지 수준이 있지만 더 많은 수준을 추가하면 큐비트로 변환됩니다.

최근 미국 에너지부의 Oak Ridge 국립 연구소, 퍼듀 대학 및 스위스 로잔 연방 공과 대학(EPFL)의 연구원들은 64차원 양자 공간을 형성하는 얽힌 8레벨 큐디트 쌍을 완전히 특성화했습니다. 이산 주파수 모드에 대한 이전 기록. 이 결과는 Nature Communications 에 게재되었습니다 .

Hsuan-Hao Lu는 "우리는 항상 광자의 색상이나 광학 주파수를 사용하여 10 또는 20레벨 이상의 qudits를 인코딩할 수 있다는 것을 알고 있었지만 문제는 이러한 입자를 측정하는 것이 매우 어렵다는 것입니다."라고 말했습니다. ORNL의 박사후 연구원. "이것이 이 논문의 가치입니다. 우리는 실험적인 측면에서 비교적 쉽게 수행할 수 있는 효율적이고 새로운 기술을 발견했습니다."

Qudit은 서로 얽혀 있을 때 측정하기가 훨씬 더 어렵습니다. 즉, 양자 간의 물리적 거리에 관계없이 비고전적인 상관 관계를 공유합니다. 이러한 문제에도 불구하고 주파수 빈 쌍(주파수에서 얽힌 광자 형태의 두 개의 qudit)은 환경에 의해 크게 수정되지 않고 광섬유를 통해 규정된 경로를 따를 수 있기 때문에 양자 정보를 전달하는 데 매우 적합합니다.

"우리는 최첨단 주파수 빈 생산을 최첨단 광원과 결합한 다음 우리 기술을 사용하여 이전에 보여주지 않았던 수준의 정밀도로 고차원 qudit 얽힘을 특성화했습니다. "라고 ORNL의 Wigner Fellow이자 연구 과학자인 Joseph Lukens는 말했습니다.

연구원들은 EPFL에 의해 제작되고 비고전적인 빛을 생성하도록 설계된 원형 온칩 장치인 마이크로 링 공진기에 레이저를 비추어 실험을 시작했습니다. 이 강력한 광자 소스는 1제곱밀리미터의 공간을 차지합니다. 크기가 연필 끝과 비슷하며 팀이 양자 주파수 빗 형태로 주파수 빈 쌍을 생성할 수 있습니다.

일반적으로 qudit 실험은 연구원들이 양자 게이트라고 하는 일종의 양자 회로를 구성해야 합니다. 그러나 이 경우 팀은 전기 광학 위상 변조기를 사용하여 다른 주파수의 빛을 혼합하고 펄스 셰이퍼를 사용하여 이러한 주파수의 위상을 수정했습니다. 이러한 기술은 Lu가 ORNL에 합류하기 전에 공부한 Purdue의 Andrew Weiner가 이끄는 초고속 광학 및 광섬유 통신 연구소에서 광범위하게 연구되었습니다.

이러한 광학 장치는 통신 산업에서 흔히 볼 수 있으며 연구원들은 다양한 주파수 상관 관계를 포착하기 위해 무작위로 이러한 작업을 수행했습니다. Lu에 따르면 이 과정은 6면체 주사위 한 쌍을 굴려서 각 숫자 조합이 나타나는 횟수를 기록하는 것과 같지만 이제는 주사위가 서로 얽혀 있습니다.

Weiner는 "위상 변조기 및 펄스 셰이퍼를 포함하는 이 기술은 초고속 및 광대역 광자 신호 처리를 위한 고전적 맥락에서 크게 추구되고 있으며 주파수 양자점의 양자 경로로 확장되었습니다"라고 말했습니다.

거꾸로 작업하고 어떤 양자 상태가 qudit 응용 프로그램에 이상적인 주파수 상관 관계를 생성했는지 추론하기 위해 연구자들은 베이지안 추론이라는 통계적 방법을 기반으로 하는 데이터 분석 도구를 개발하고 ORNL에서 컴퓨터 시뮬레이션을 실행했습니다. 이 성과는 베이지안 분석을 수행하고 양자 상태를 재구성하는 데 중점을 둔 팀의 이전 작업을 기반으로 합니다.

연구원들은 이제 일련의 실험을 준비하기 위해 측정 방법을 미세 조정하고 있습니다. 광섬유를 통해 신호를 전송하여 양자 정보를 전송하는 방법인 순간 이동 및 이전에 관련이 없는 두 입자를 얽히게 하는 과정인 얽힘 스와핑과 같은 양자 통신 프로토콜을 테스트하는 것을 목표로 합니다.

Purdue의 대학원생인 Karthik Myilswamy는 마이크로 링 공진기를 ORNL로 가져와 팀이 실험실의 양자 근거리 통신망에서 이러한 기능을 테스트할 수 있도록 할 계획입니다.

"이제 얽힌 주파수 qudits를 효율적으로 특성화하는 방법이 있으므로 다른 응용 프로그램 지향 실험을 수행할 수 있습니다."라고 Myilswami가 말했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/