Применение квантовых технологий убедительно и уже демонстрирует значительное влияние, особенно в области измерения и метрологии. А возможность создания исключительно мощных квантовых компьютеров с использованием квантовых битов или кубитов привлекает инвестиции крупнейших мировых компаний.Однако существенным препятствием для создания надежных квантовых технологий была рандомизация квантовых систем их средой или декогеренция, которая эффективно разрушает полезный квантовый характер.
Физики сделали качественный технический скачок в решении этой проблемы, используя методы на основе больших данных, чтобы предсказать, как будут меняться квантовые системы, а затем предотвратить их поломку.Исследование опубликовано сегодня в Nature Communications.
«Как отдельные компоненты в мобильных телефонах в конечном итоге выходят из строя, так и квантовые системы», — сказал старший автор статьи профессор Майкл Дж. Бирчук.
«Но в квантовой технологии время жизни обычно измеряется долями секунды, а не годами».Профессор Бирчук из школы физики Сиднейского университета и главный исследователь Центра инженерных квантовых систем Австралийского исследовательского совета сказал, что его группа продемонстрировала возможность подавления декогеренции превентивным способом. Ключевым моментом было разработать методику предсказания распада системы.Профессор Бирчук подчеркнул проблемы, связанные с прогнозированием в квантовом мире: «Люди обычно используют методы прогнозирования в повседневной жизни; например, когда мы играем в теннис, мы прогнозируем, куда попадет мяч, на основе наблюдений за летающим мячом», — сказал он. .«Это работает, потому что правила, которые определяют, как мяч будет двигаться, как и гравитация, являются регулярными и известными.
Но что, если правила изменились случайным образом, когда мяч был на пути к вам? В этом случае почти невозможно предсказать будущее поведение этого мяча.
«И все же эта ситуация — именно то, с чем нам пришлось столкнуться, потому что распад квантовых систем является случайным. Более того, в квантовой сфере наблюдение стирает квантовость, поэтому нашей команде нужно было угадать, как и когда система случайно сломается.
«Нам действительно нужно было размахивать случайно движущимся теннисным мячом с завязанными глазами».Команда обратилась к машинному обучению за помощью в защите своих квантовых систем — кубитов, реализованных в захваченных атомах — от взлома.То, что могло показаться случайным поведением, на самом деле содержало достаточно информации, чтобы компьютерная программа могла предположить, как система изменится в будущем. Тогда он мог бы предсказывать будущее без прямого наблюдения, которое иначе стерло бы полезные характеристики системы.
Прогнозы были на удивление точными, что позволило команде превентивно использовать свои предположения, чтобы компенсировать ожидаемые изменения.Выполнение этого в режиме реального времени позволило команде предотвратить распад квантового персонажа, увеличив полезный срок службы кубитов.«Мы знаем, что создание настоящих квантовых технологий потребует значительного прогресса в нашей способности контролировать и стабилизировать кубиты, чтобы сделать их полезными в приложениях», — сказал профессор Бирчук.
Наши методы применимы к любому кубиту, построенному по любой технологии, включая специальные сверхпроводящие схемы, используемые крупными корпорациями.«Мы рады разрабатывать новые возможности, которые превращают квантовые системы из новинок в полезные технологии.
Квантовое будущее все время выглядит лучше», — сказал профессор Бирчук.