Et voi ylittää Heisenbergin rajaa, mutta riittävän matematiikan avulla voit tule lähelle. Tarkennusominaisuudet
Kvanttien laskennassa on kyse kvanttitilojen ohjaamisesta. Viime aikoina on tullut uutisia kvantitietokoneiden laskennasta tavaraa, jonka taustalla on kyky hallita otettuja asioita myönnetty. Mutta totuus on, että valvonta on edelleen rajoittava tekijä kvantitietokoneiden kehittämisessä.
Aineen ytimessä on qubit, kvanttiobjekti, joka käytetään koodaamaan tietoja. Osa kvantin voimasta tietokone on, että qubit voidaan laittaa superpositiotilaan – enemmän alla, joka sallii eräänlaisen rinnakkaisuuden. Tavoite a kvanttialgoritmi on manipuloida qubitin superpositiotilaa niin, että kun mittaamme kvbittiä, se palauttaa bitin arvon, joka vastaa oikeaa vastausta.
Ja se tarkoittaa superpositiotilan hallintaa, mikä sisältää melko vähän erittäin tarkkoja (ja kalliita) laitteita. Parannukset koskevat yleensä vielä kalliimpia laitteita. Mutta uusi tutkimus viittaa siihen, että voisimme ehkä parantaa hallinta kertoimella 1 000 nykyisten laitteiden avulla ja älykäs ajattelu.
Contents
Sekä tekijän olisi pitänyt olla pitämättä kirjoittaa kauan sivuun superpositiosta
Ohjausongelman ymmärtämiseksi meillä on oltava vähän ymmärtäminen superpositiosta. Kun kuvaamme kvanttia superpositiotila, käytämme usein pikakuvaketta ja sanomme jotain “tämä tarkoittaa hiukkasta kahdessa asemassa kerralla.”
Mutta se ei todellakaan leikkaa sitä tarkoituksiin, ja luulen sen on harhaanjohtava. Kvanttikohteella on useita ominaisuuksia että voimme mitata. Ennen kuin kiinteistö, kuten sijainti, on mitattu, sillä ei ole arvoa. Sen sijaan meidän on ajateltava todennäköisyyksiä: jos meidän piti suorittaa mittaus, mikä on todennäköisyys, että me saako tietyn arvon?
Se on pinta. Pinnan alla on erittäin epätavallinen käsitettä, jota kutsutaan “todennäköisyysamplitudiksi”. Todennäköisyys on aina positiivinen (tai nolla) ja todellinen, mutta amplitudi voi olla positiivinen, negatiivinen tai jopa monimutkainen (jos et tiedä mikä monimutkainen numero on, älä huoli). Tämä muuttaa kaiken.
Kuvittelemme, että meillä on yksi hiukkanen, ja ampumme sen näyttö, jossa on kaksi reikää. Hiukkanen voi kulkea kummankin reiän läpi tai paina näyttöä. Näytön toiselle puolelle asetetaan a ja kysy itseltämme, “mikä on todennäköisyys, että tulemme havaita hiukkas? ”
No, jotta se saadaan, meidän on lisättävä todennäköisyys kunkin reitin amplitudit, jotka hiukkaset voivat viedä ilmaisimeen. Ja amplitudit voivat olla positiivisia tai negatiivisia, joten summa ei ole välttämättä isompi. Se voi olla jopa nolla.
Jos suoritamme tämän laskelman monille eri mahdollisille ilmaisimien sijainteja, löydämme monia paikkoja, joissa todennäköisyys on ehdottomasti nolla ja monia paikkoja, jotka ovat yhtä todennäköisiä. Jos sinä Suorita tämä kokeilu, juuri tämän mittaat. Jälkeen tuhansia yksittäisiä hiukkasia kulkee reikien läpi, niitä on jotkut paikat, joissa niitä ei koskaan havaita, ja toiset, missä he ovat havaittu säännöllisesti.
Minne olen menossa tämän kaiken kanssa? Kvanttimekaniikassa – ennustaa nämä tulokset oikein, sinun on tiedettävä kaikki mahdolliset polut, joilla hiukkanen voi saavuttaa tietyn aseman. Joten meidän yllä olevassa esimerkissä meidän on otettava huomioon molemmat polut ilmaisin. Tämä saa ihmiset sanomaan, että hiukkanen kulkee molemmat reiät kerralla.
Mutta todennäköisyysamplitudien lisääminen määrää missä hiukkanen voidaan havaita ja missä sitä ei koskaan havaita. Niin, Jos muokkaat jotakin polkua, jonka hiukkanen voi kulkea, se tarkoittaa muokkaat amplitudia ja siirrät siten sijaintia mihin hiukkasia voi löytyä.
Superpositiota käyttämällä
Joten arvon mittaamisen todennäköisyys riippuu historiasta todennäköisyysaallosta. Tämä kattaa kaikki mahdolliset polut. Ja josta voidaan tehdä erinomainen anturi. Tosiaankin, käytämme tätä ominaisuus mitata ajan kulkua hienolla herkkyydellä. Se toimii myös hyvin muiden ominaisuuksien mittaamiseen.
Yleinen esimerkki on magneettikenttien tunnistaminen. Jotain elektroni on myös pieni magneetti. Elektronimagneetti joko kohdista magneettikentän kanssa tai kohdista vastaisesti. Joten voimme laittaa elektroni superpositio-tilassa kohdistettu ja anti-kohdistettu. magneettikentän vaikutuksena on muuttaa todennäköisyyttä kahden tilan amplitudit, kun taas muutoksen suuruus riippuu magneettikentän voimakkuudesta.
Magneettikentän läpi kulkemisen jälkeen mittaamme elektronimagneetin suunta. Yksilöllinen mittaus ei kerro meille mitään, mutta tuhannen elektronin jälkeen meillä on kahden orientaation suhteelliset todennäköisyydet. Siitä voimme laske magneettikentän voimakkuus.
Tämä voi periaatteessa olla erittäin tarkka anturi. Vain yksi asia menee tielle: melu. Todennäköisyyden arvo amplitudit riippuvat valitsemastaan polusta (tosin ei välttämättä matka, jonka he matkustavat). Tätä polkua muuttaa paikallisen ympäristön ennakoimattomilla tavoilla, joten jokainen elektroni on itse asiassa mittaus magneettikentän vaikutuksesta me haluat mitata sekä satunnaisen melun vaikutuksen. Jälkimmäinen on erilainen jokaiselle elektronille. Jos melu on riittävän suuri, niin se kaikki tasoittuvat siten, että kaksi mittaustulosta (kohdistettu ja linjauksen vastainen) on sama todennäköisyys.
Melua ei voida vähentää. Joten saadaksesi hyvän mittauksen me täytyy tehdä elektronista vähemmän herkkä satunnaisvaihteluille ja herkempiä kiinnostuneelle signaalille.
Saada herkkä
Ajasta riippuvien signaalien mittaamiseksi tapa tehdä tämä on elektronin toistuva heikentäminen kovasti. Poissaollessa elektronien todennäköisyyden aalto muuttuu sujuvasti ajan myötä. Melu lisää näihin vähän hyppyjä muutokset. Näyttää siltä, että aalto hyppäsi eteenpäin (tai taaksepäin) ajoissa ilman, että huomaat.
Mutta emme halua pieniä hyppyjä, koska ne ovat tiellä signaali. Sen sijaan haluamme lyödä elektronia kvantilla baseball bat, joka luo riittävän suuren hypyn vaihtoon kahden mahdollisen lopputuloksen todennäköisyysamplitudit (tätä kutsutaan “pi-pulssi”). Kun teet tämän säännöllisin väliajoin, vaikutus on kumoaa kaikki melun aiheuttamat muutokset, jotka kertyvät välein.
Joten, jos signaalia ei ole ja vain ääntä, et mittaa verkkoa muutos todennäköisyydessä. Mutta jos magneettikenttä värähtelee vakiotaajuudella (tai tarkemmin sanottuna ajaen kvbittiä nopeudella että taajuus), todennäköisyyden amplitudin muutokset tulevat kerääntyä.
Tämä toimii vain, jos signaalit muuttuvat samalla ajanjaksolla kuin annamme järjestelmälle peukalojen välisen ajan. Pohjimmiltaan me sinulla on erittäin kapea suodatin (niillä teistä, jotka leikkivät elektroniikalla voi tunnistaa kuvauksen piilotetusta lukitusvahvistimesta tässä).
Vaikka suodatin on tarpeeksi kapea käytöstä, se ei voi olla taajuuden siirtyminen sujuvasti, joten emme voi skannata taajuuksien yli. Suuri ongelma on tekniikka. Kvanttinen baseball-lepakkomme on usein a mikroaaltopulssi. Ne pulssit täytyy tuottaa jotain, ja hyvä signaaligeneraattori saattaa päivittää ulostulon jokaisena nanosekunti. Tämä tarkoittaa, että voit muuttaa vain aikaväliä pulssien (ja kunkin pulssin pituuden) välillä yhden askeleen välein nanosekunti.
Kuvittele, että haluat mitata taajuuden ja amplitudin vaihteleva magneettikenttä. Tiedät, että magneettikenttä vaihtelee noin 5 MHz: n taajuudella (se tarkoittaa, että 100ns: ssä kenttä siirtyy täysin positiivisesta täysin negatiiviseen). Mutta et tiedä taajuus tarkalleen. Jos haluat löytää magneettikentän, askeltaa pulssisi aikaväli ajanjakson ajan kattamaan koko kiinnostuksen kohteen. Sinä löydä … ei mitään. Miksi? Koska magneettikenttä vaihteli a taajuus, joka mahtuu pienimpien mahdollisten vaiheiden väliin kestää.
Sama ongelma koskee kvittien hallintaa. Laitteessa Useilla kviteillä jokainen on vähän erilainen ja sen on oltava ohjataan hiukan erilaisella mikroaaltopulssisarjalla. välineidemme päätöslauselma ei salli tämän olla optimoitu erittäin hyvin.
Tapa kiertää tämä, osoittautuu, on hoitaa elektroni hiukan mukavampaa. Sen sijaan, että toistuvasti soveltaa baseballia lepakko, levitämme sujuvasti elektroniin. Tämä sileä mikroaaltouuni pulssilla on mielenkiintoinen vaikutus lisäämällä ajallista pulssien resoluutio. Ja seurauksena saamme korkeamman taajuuden resoluutio (ja parempi qubit-ohjaus).
