Quantum Teleportation ar oibríocht loighic iomlán arna bhaint amach ag fisiceoirí

D'éirigh le taighdeoirí teleportáil chandamach a úsáid chun oibríocht loighic chandamach iomlán a aistriú ó ian amháin go ceann eile - céim shuntasach i dtreo ríomhaire chandamach ar mhórscála a fhorbairt.

D'éirigh le fisiceoirí san Institiúid Náisiúnta Caighdeán agus Teicneolaíochta (NIST) treoir chuaird ríomhaire a theileafónú ar a dtugtar oibríocht loighic chandamach idir dhá iain scartha - adamh luchtaithe go leictreach. Taispeánann an tástáil an chaoi a bhféadfadh cláir chandamach ríomhairí tascanna a dhéanamh i líonraí chandamach ar mhórscála amach anseo.

Infographic ag míniú conas a oibríonn teleportation geata. (NIST)

Tagraíonn teleportation chandamach d’aistriú sonraí ó chóras chandamach amháin - ian sa chás seo - go ceann eile. Is féidir é seo a dhéanamh fiú má tá an dá chóras scoite óna chéile go hiomlán, cosúil le dhá leabhar in íoslaigh foirgneamh ar leithligh.

Is í an difríocht idir an cineál fíor-saoil seo de theileachumarsáid agus rud a bheadh ​​le feiceáil i Star Trek nó i sci-fi eile ná faisnéis teleportation chandamach amháin, is cuma. Mar sin níl aon beaming ag obair chun Rush na maidine a bhualadh, ar an drochuair.

Ní hé seo an chéad uair a léiríodh teileachumarsáid chandamach le hiain agus le córais chandamach eile, ach is é seo an chéad uair chun oibríocht loighic chandamach iomlán a theile-úsáid ag úsáid ian. Tá sé seo suntasach go háirithe toisc go bhfuil iain mar phríomhiarrthóir ar ailtireacht ríomhairí chandamach sa todhchaí.

Déantar cur síos ar na turgnaimh in eagrán na Bealtaine 31 den Eolaíocht.

Míníonn an fisiceoir NIST Dietrich Leibfried: “Rinneamar a fhíorú go n-oibríonn ár n-oibríocht loighic ar gach stát ionchuir de dhá ghiotán chandamach le dóchúlacht 85 go 87% - i bhfad ó foirfe, ach is tús é."

Más féidir ríomhaire chandamach ar scála iomlán a thógáil, d’fhéadfadh sé fadhbanna áirithe atá dosháraithe faoi láthair a réiteach. Chuir oibriú NIST le hiarrachtaí taighde domhanda chun leas a bhaint as iompar chandamach do theicneolaíochtaí praiticiúla.

Is dócha go mbeidh na milliúin giotán chandamach, nó “qubits” de dhíth ar ríomhairí chandamach chun oibriú mar a bhfuil súil ag taighdeoirí, beidh bealaí ag teastáil uathu freisin chun oibríochtaí a dhéanamh idir coirnéil a dháiltear ar fud meaisíní agus líonraí mórscála. Bealach amháin chun é sin a dhéanamh gan teleportáil oibríochtaí loighic gan naisc mheicniúla chandamach. Ina theannta sin, beidh naisc fhisiciúla fós ag teastáil chun faisnéis chlasaiceach a mhalartú.

Conas a oibríonn teleportation chandamach.

Chuir foireann NIST teleportáil ar oibríocht loighic chandamach-NOT (CNOT) - geata loighic - idir dhá chnapán ian beirilliam, atá suite níos mó ná 340 microméadar (milliúnú méadar) óna chéile i gcriosanna ar leithligh de ghaiste ian. Is fad é seo a rialaíonn aon idirghníomhaíocht dhíreach shubstaintiúil do chórais chandamach.

Sreabhann oibríocht CNOT an dara qubit ó 0 go 1, nó a mhalairt, ach má tá an chéad qubit 1 - ní tharlaíonn aon rud má tá an chéad qubit 0. Ar bhealach tipiciúil chandamach, is féidir an dá chnap a bheith i “superpositions” ina bhfuil siad tá luachanna 1 agus 0 acu ag an am céanna.

Braitheann próiseas teleportála NIST ar cheangal a nascann airíonna chandamach dhá cháithnín fite fuaite nó níos mó fiú nuair a bhíonn siad scartha óna chéile ag achair mhóra.

Úsáidtear péire ian teachtaire “teachtaire” chun faisnéis a aistriú idir na hiain beirilliam.

Is é an rud a fuair foireann NIST, ná gur chuir a bpróiseas CNOT teleportáilte an dá ian maignéisiam - céim luath ríthábhachtach - le ráta rathúlachta 95%, agus d’éirigh leis an oibríocht loighic iomlán 85% go 87% den am.

Leanann Leibfried: “Ligeann teleportation geata dúinn geata loighic chandamach a dhéanamh idir dhá iain atá scartha go spásúil agus a d’fhéadfadh nach ndearna siad idirghníomhú riamh roimhe seo.

“Is é an cleas ná go bhfuil ian amháin acu uile de phéire fite fuaite lena taobh, agus tugann an acmhainn cheangail seo, a dháiltear roimh an ngeata, deis dúinn cleas chandamach a dhéanamh nach bhfuil a mhacasamhail chlasaiceach ann."

Deir an t-eolaí go bhféadfaí na péirí teachtaire atá fite fuaite a tháirgeadh i gcuid thiomnaithe den ríomhaire agus a sheoladh ar leithligh chuig coirníní nach mór a cheangal le geata loighic ach atá in áiteanna iargúlta.

Chomhtháthaigh obair NIST freisin i dturgnamh aonair roinnt oibríochtaí a bheidh riachtanach chun ríomhairí chandamach ar mhórscála a thógáil bunaithe ar iain. Áirítear leis seo rialú ar chineálacha éagsúla ian, iompar ian, agus oibríochtaí fite fuaite ar fho-thacair roghnaithe den chóras. Arís eile, is é seo an chéad uair a bhfuil a leithéid de chleas bainte amach ag foireann taighdeoirí.

Chun a fhíorú go ndearna siad geata CNOT, d’ullmhaigh na taighdeoirí an chéad chiúb i 16 teaglaim éagsúla de stáit ionchuir agus ansin thomhais siad na haschuir ar an dara qubit. Chruthaigh sé seo “tábla fírinne” chandamach ginearálaithe a thaispeánann an próiseas a oibríodh.

Chomh maith le tábla fírinne a ghiniúint, rinne na taighdeoirí seiceáil ar chomhsheasmhacht na sonraí thar amanna fada sínte chun cabhrú le foinsí earráide sa socrú turgnamhach a aithint.

Meastar go mbeidh an teicníc seo ina huirlis thábhachtach chun próisis faisnéise chandamach a thréithriú i dturgnaimh amach anseo agus is céim eile í i dtreo ríomhaireachta chandamach rathúil.

Taighde Bunaidh: Y. Wan, D. Kienzler, S. Erickson, KH Mayer, TR Tan, J. Wu, HM Vasconcelos, S. Glancy, E. Knill, DJ Wineland, AC Wilson agus D. Leibfried. 2019. Teileachumarsáid geata chandamach idir criosanna scartha de phróiseálaí ian gafa. Eolaíocht. 31 Bealtaine.