Nghiên cứu mới do một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Quốc gia Úc (ANU) dẫn đầu đã vạch ra một cách để đạt được các phép đo chính xác hơn đối với các vật thể cực nhỏ bằng máy tính lượng tử—một bước có thể hữu ích trong một loạt các công nghệ thế hệ tiếp theo, bao gồm cả công nghệ y sinh. giác quan.
Việc kiểm tra các thuộc tính riêng lẻ khác nhau của một vật thể lớn hàng ngày như ô tô khá đơn giản: ô tô có vị trí, màu sắc và tốc độ được xác định rõ ràng. Tuy nhiên, điều này trở nên phức tạp hơn nhiều khi cố gắng kiểm tra các vật thể lượng tử cực nhỏ như photon—các hạt ánh sáng cực nhỏ.
Đó là bởi vì một số thuộc tính nhất định của các đối tượng lượng tử được kết nối và việc đo lường một thuộc tính có thể làm xáo trộn thuộc tính khác. Ví dụ, đo vị trí của một electron sẽ ảnh hưởng đến tốc độ của nó và ngược lại.
Những tính chất như vậy được gọi là tính chất liên hợp. Đây là biểu hiện trực tiếp của nguyên lý bất định nổi tiếng của Heisenberg—không thể đo đồng thời hai tính chất liên hợp của một đối tượng lượng tử với độ chính xác tùy ý.
Theo tác giả chính và ANU Ph.D. nhà nghiên cứu Lorcán Conlon, đây là một trong những thách thức xác định của cơ học lượng tử.
“Chúng tôi đã có thể thiết kế một phép đo để xác định các thuộc tính liên hợp của các vật thể lượng tử chính xác hơn. Đáng chú ý là các cộng tác viên của chúng tôi đã có thể thực hiện phép đo này trong nhiều phòng thí nghiệm khác nhau trên khắp thế giới,” Conlon nói.
"Hơn phép đo chính xác là rất quan trọng và có thể mở ra những khả năng mới cho tất cả các loại công nghệ, bao gồm cảm biến y sinh, phạm vi laser và truyền thông lượng tử.”
Kỹ thuật mới xoay quanh một vấn đề kỳ lạ của các hệ lượng tử, được gọi là sự vướng víu. Theo các nhà nghiên cứu, bằng cách vướng víu hai giống hệt nhau các đối tượng lượng tử và đo chúng cùng nhau, các nhà khoa học có thể xác định tính chất của chúng chính xác hơn so với khi chúng được đo riêng lẻ.
Đồng tác giả Tiến sĩ Syed Assad cho biết: “Bằng cách làm vướng víu hai hệ thống lượng tử giống hệt nhau, chúng tôi có thể thu được nhiều thông tin hơn. “Có một số nhiễu không thể tránh khỏi liên quan đến việc đo bất kỳ tính chất nào của một hệ lượng tử. Bằng cách làm vướng víu cả hai, chúng tôi có thể giảm tiếng ồn này và có được phép đo chính xác hơn.”
Về lý thuyết, có thể vướng víu và đo ba hoặc nhiều hệ lượng tử để đạt được độ chính xác cao hơn nữa, nhưng trong trường hợp này, các thí nghiệm đã không phù hợp với lý thuyết. Tuy nhiên, các tác giả tin tưởng rằng các máy tính lượng tử trong tương lai sẽ có thể khắc phục những hạn chế này.
Conlon cho biết: “Máy tính lượng tử với các qubit được sửa lỗi sẽ có thể đo lường hiệu quả với ngày càng nhiều bản sao trong tương lai.
Theo Giáo sư Ping Koy Lam, nhà khoa học lượng tử chính của A*STAR tại Viện Nghiên cứu và Kỹ thuật Vật liệu (IMRE), một trong những điểm mạnh chính của công trình này là vẫn có thể quan sát thấy sự tăng cường lượng tử trong các tình huống ồn ào.
Ông nói: “Đối với các ứng dụng thực tế, chẳng hạn như trong các phép đo y sinh, điều quan trọng là chúng ta có thể thấy được lợi thế ngay cả khi tín hiệu chắc chắn được nhúng trong môi trường thế giới thực ồn ào.
Nghiên cứu được thực hiện bởi các chuyên gia tại Trung tâm Xuất sắc về Công nghệ Truyền thông và Tính toán Lượng tử ARC (CQC2T), phối hợp với các nhà nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu và Kỹ thuật Vật liệu (IMRE) của A*STAR, Đại học Jena, Đại học Innsbruck, và Đại học Macquarie. Amazon Web Services đã hợp tác bằng cách cung cấp hỗ trợ nghiên cứu và kiến trúc, đồng thời cung cấp thiết bị Rigetti Aspen-9 bằng cách sử dụng Amazon Bracket.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm lý thuyết của họ trên 19 máy tính lượng tử khác nhau, trên ba nền tảng khác nhau: máy tính lượng tử siêu dẫn, ion bị bẫy và quang tử. Các thiết bị hàng đầu thế giới này được đặt trên khắp Châu Âu và Châu Mỹ và có thể truy cập qua đám mây, cho phép các nhà nghiên cứu từ khắp nơi trên thế giới kết nối và thực hiện các nghiên cứu quan trọng.
