ஆராய்ச்சியாளர்கள் கியூபிட் லீக்கேஜை எண்டாங்கிள்மென்டிற்கான கருவியாக மாற்றினர்

சூழலுடன் போராடாமல் அதை பயன்படுத்துவது

குவாண்டம் பொறியியலில், லீக்கேஜ் பொதுவாக வில்லன். ஒரு கியூபிடில் இருந்து அதன் சூழலுக்குள் ஆற்றலும் தகவலும் வெளியேறுவது, பொதுவாக கணக்கீடு, தொடர்பு மற்றும் சென்சிங் ஆகியவற்றுக்கு நேரடி அச்சுறுத்தலாகக் கருதப்படுகிறது. யுனிவர்சிட்டி ஆஃப் இல்லினாய்ஸ் அர்பானா-ஷாம்பெய்ன் மற்றும் யுனிவர்சிட்டி ஆஃப் சிகாகோ ஆராய்ச்சியாளர்களின் புதிய பரிசோதனை முடிவு, இதற்குப் முற்றிலும் மாறான பார்வையைக் காட்டுகிறது: சரியான சூழ்நிலைகளில், அதே டிசிபேஷனை எண்டாங்கிள்மென்ட் உருவாக்க பயன்படுத்தலாம்.

Phys.org எடுத்துக் காட்டிய peer-reviewed ஆய்வில் விவரிக்கப்பட்ட இந்த முடிவு, பல ஆண்டுகளாக கோட்பாட்டுச் சுவாரசியமாக இருந்தாலும் நடைமுறையில் செயல்படுத்துவது கடினமாக இருந்த ஒரு கருத்தை வெளிப்படுத்துகிறது. குழு இரண்டு சூப்பர் கண்டக்டிங் கியூபிட்கள் மற்றும் synthetic squeezing எனப்படும் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி, டிசிபேஷன் வழியாக ஒரு எண்டாங்கிள்டு steady state-ஐ உருவாக்கியது. வேறொரு வார்த்தையில், எண்டாங்கிள்மென்ட் உடனடியாக சிதையத் தொடங்கும் நுட்பமான ஒருமுறை நிகழ்வாக உருவாகவில்லை. அது ஒரு இயக்கப்படும் open quantum system-இன் நிலையான விளைவாக உருவெடுத்தது.

இந்த வேறுபாடு முக்கியமானது, ஏனெனில் எண்டாங்கிள்மென்ட் என்பது குவாண்டம் தொழில்நுட்பத்தின் மைய வளங்களில் ஒன்று. தொடர்பு, நெட்வொர்க்கிங், சென்சிங் மற்றும் கணக்கீடு ஆகியவற்றில் பாரம்பரிய அமைப்புகளை மிஞ்சும் நெறிமுறைகளுக்கு இது அடிப்படையாக உள்ளது. சிக்கல் என்னவென்றால், எண்டாங்கிள்மென்ட் கூட மிகச் சுலபமாக பாதிக்கப்படும். அதிக உறுதித் தன்மையை வாக்குறுதி அளிக்கும் எந்த முறைமையும் உடனடியாக கவனம் பெறுகிறது.

டிரான்ஸ்போர்ட் ஏன் இவ்வளவு பெரிய பிரச்சினை

பாரம்பரிய எண்டாங்கிள்மென்ட் உருவாக்கம் பெரும்பாலும் கவனமாக நேரமிடப்பட்ட செயல்பாடுகளால் குவாண்டம் நிலைகளை உள்ளூராகத் தயாரித்து, பின்னர் அவற்றையோ அவை சுமக்கும் தகவலையோ ஒரு பௌதிகச் சேனல் வழியாக கடத்துவதில் சார்ந்திருக்கிறது. அந்த டிரான்ஸ்போர்ட் கட்டமே பல அமைப்புகள் பாதிக்கப்படக்கூடிய இடமாகிறது. சூழல் இரைச்சல் தயாரிக்கப்பட்ட நிலையைக் கையாளும் முன்பே கெடுக்கக்கூடும்.

தங்கள் பரிசோதனை வேறு ஒரு பாதையை சுட்டிக்காட்டுகிறது என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கூறுகின்றனர். மூல உரையின் படி, இந்த அமைப்பு முதலில் எண்டாங்கிள்மென்டை உருவாக்கி பின்னர் அதை வேறு இடத்துக்கு நகர்த்த வேண்டிய தேவையைத் தவிர்க்கிறது; அப்படி நகர்த்தும்போது கூடுதல் சிதைவுக்கு அது ஆளாகலாம். அதற்குப் பதிலாக, தொடர்ச்சியான driving மற்றும் dissipation கீழ் எண்டாங்கிள்மென்ட் அமைப்பின் இயல்பான relaxed state ஆக மாறும் வகையில் அமைப்பு வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது.

இது துறையில் பொதுவான ஒரு உள்ளுணர்வை புரட்டிப் போடுகிறது. பொதுவாக relaxation என்றால் பயனுள்ள குவாண்டம் பண்புகளை இழப்பதையே குறிக்கும். இங்கே, relaxation தான் அந்த வளத்தை உருவாக்குகிறது. அந்த கருத்து மாற்றமே இந்த முடிவை கருவியின் குறுகிய விவரங்களைக் கடந்தும் தனித்துவமாக நிறுத்துகிறது.

குழு உண்மையில் என்ன உருவாக்கியது

இந்த பரிசோதனையில் ஒரு திசைமயமான waveguide-இற்கு இணைக்கப்பட்ட இரண்டு சூப்பர் கண்டக்டிங் கியூபிட்கள் பயன்படுத்தப்பட்டன. மூல உரை கூறுவதாவது, முதன்மை கோட்பாட்டுக் கணிப்பு மிகைப்படுத்தப்பட்ட idealized நிலைகளின் மீது சார்ந்திருந்ததால், ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த விளைவை உண்மை சாதனத்தில் அணுகக்கூடியதாக மாற்ற synthetic squeezing என்ற ஆய்வக-நட்பான முறையை உருவாக்கினர்.

சூப்பர் கண்டக்டிங் கியூபிட்கள் குவாண்டம் தகவல் அறிவியலில் முன்னணி hardware platforms-இல் ஒன்று, ஏனெனில் அவற்றை தயாரிக்கவும், கட்டுப்படுத்தவும், microwave circuitry-யுடன் ஒருங்கிணைக்கவும் முடியும். ஆனால் எல்லா குவாண்டம் அமைப்புகளையும் போலவே, அவை தேவையற்ற சூழல் தொடர்புகளுக்கு மிக உணர்வானவை. கட்டுப்படுத்தப்பட்ட சூழல் coupling-ஐ ஒரு சுமையாக அல்லாமல் ஒரு ஆதாரமாக மாற்றலாம் என்பதைக் காட்டுவது, ஏற்கனவே போட்டி நிறைந்த hardware தளத்தில் ஒரு புதிய வடிவமைப்பு கருத்தை சேர்க்கிறது.

“synthetic squeezing” என்ற சொற்றொடர் முக்கியமானது, ஏனெனில் அது இந்த பரிசோதனை வெறும் பாடநூல் மாதிரியை மீண்டும் செய்ததல்ல என்பதைக் குறிக்கிறது. டிசிபேஷன்-சார்ந்த எண்டாங்கிள்மென்ட் தோன்றுவதற்காக சரியான முறையில் செயல்படும் ஒரு effective quantum environment-ஐ குழு வடிவமைக்க வேண்டியிருந்தது. கோட்பாட்டிலிருந்து hardware-க்கு அந்த மாற்றமே பெரும்பாலும் குவாண்டம் அறிவியலில் உள்ள உண்மையான தடையாகிறது. அழகான யோசனைகள் பல; நடைமுறைப்படுத்தக்கூடியவை அரிது.

ஒரு நிலையான நிலையாக எண்டாங்கிள்மென்ட்

இந்த முடிவின் மிக முக்கியமான பகுதி எண்டாங்கிள்மென்ட் ஒரு steady state ஆக இருப்பதே. கோட்பாட்டில், மூல உரையின் படி, இதன் பொருள் அதை காலவரையற்ற முறையிலும், எவ்வளவு பெரிய தூரங்களிலும் வேண்டுமானாலும் பராமரிக்க முடியும் என்பதாகும். இதனால் எல்லா engineering கட்டுப்பாடுகளும் மறைந்துவிடும் என்பதல்ல, ஆனால் இன்றைய prepare-and-protect முறைகளைவிட இது அதிக நிலைத்தன்மையுள்ள ஒரு கட்டமைப்பைச் சுட்டிக்காட்டுகிறது.

Steady-state entanglement இயக்கப் படத்தை மாற்றுகிறது. அமைப்பின் இயல்பான இயக்கவியல் மூலம் எண்டாங்கிள்மென்ட் தொடர்ந்து மறுவழங்கப்பட முடிந்தால், சிறிய குழப்பங்கள் பயனுள்ள குவாண்டம் நிலையை உடனடியாக முடிவுக்குக் கொண்டுவர வேண்டியதில்லை. துல்லியமாக தயாரிக்கப்பட்ட ஒரு நிலை காலப்போக்கில் சிதைவதைப் பார்க்காமல், பொறியாளர்கள் விரும்பிய தொடர்புகள் மீண்டும் மீண்டும் தோன்றும் நிலையைப் பேண முடியும்.

இது குறிப்பாக quantum networks-க்கு தொடர்புடையது. இந்தத் துறையின் நீண்டகால இலக்குகளில் ஒன்று, குவாண்டம் சாதனங்களை தூரம் கடந்தும் இணைப்பது, அவற்றை முதலில் குவாண்டமாக ஆக்கும் பண்புகளை இழக்காமல். டிரான்ஸ்போர்ட் noise இந்த roadmap-இல் உள்ள மிகக் கடினமான தடைகளில் ஒன்று. நுட்பமான டிரான்ஸ்போர்ட் வரிசைகளில் சார்பை குறைக்கும் ஒரு முறை distributed quantum systems-க்கு மதிப்புடையதாக மாறலாம்.

இந்த முடிவு இப்போது ஏன் குறிப்பிடத்தக்கது

குவாண்டம் ஆராய்ச்சி தொடர்ந்து coherence time, gate fidelity, materials quality, மற்றும் error characterization ஆகியவற்றில் படிப்படியான முன்னேற்றங்களை வழங்குகிறது. அவை அத்தியாவசியம், ஆனால் பொதுவாக சூழலைத் தனிமைப்படுத்த வேண்டும் என்ற நிலைபெற்ற கருத்தின் உள்ளேயே செயல்படுகின்றன. இந்த வேலை, கவனமாக அமைக்கப்பட்ட ஒரு environment பயனுள்ள பணியைச் செய்ய உதவலாம் என்று முன்வைக்கிறது.

இது இரைச்சல் பரவலாக நன்மை தரும் என்பதைக் குறிக்கவில்லை. கட்டுப்பாடற்ற டிசிபேஷன் இன்னும் அழிவுகரமே, மேலும் குவாண்டம் பொறியியலின் பெரும்பகுதி இன்னும் decoherence-க்கு எதிரான போராட்டமே. ஆனால் இந்தப் பரிசோதனை இன்னும் நுணுக்கமான பார்வையை ஆதரிக்கிறது: system-environment interaction-இன் சில வடிவங்களை, loss channel தானாகவே அமைப்பை வேண்டிய குவாண்டம் நிலைக்கு இட்டுச் செல்லும் வகையில் வடிவமைக்கலாம்.

பெரிய தொழில்துறைக்கு, இது குறைந்தது இரண்டு விதங்களில் முக்கியமாக இருக்கலாம். முதலில், hardware மட்டத்தில் அதிக fault-tolerant entanglement உருவாக்கும் பாதையை வழங்கலாம். இரண்டாவது, quantum interconnects, repeaters, மற்றும் networked architectures உருவாக்குவதற்கான கருவித்தொகுப்பை விரிவாக்குகிறது. பல hardware stack-கள் போட்டியிடும், hybrid systems முக்கியமாகத் தோன்றும் துறையில், வலுவான entanglement உருவாக்க கூடுதல் வழிகள் மூலதன ரீதியாக முக்கியமானவை.

மீதமுள்ள வரம்புகள்

இந்த முடிவை கவனமாகப் படிக்க வேண்டும். மூல உரை இதை தற்போதைய எண்டாங்கிள்மென்ட்-உருவாக்க முறைகளுக்கு ஒரு நம்பிக்கையூட்டும் மாற்றாகக் காட்டுகிறது, ஆனால் முழுமையான networking solution ஆக அல்ல. நடைமுறை பயன்பாட்டிற்கு scaling, பிற system components-உடன் integration, மற்றும் அதிக சிக்கலான operating conditions-இலும் இந்த அணுகுமுறை செயல்படுகிறது என்பதற்கான சான்று தேவைப்படும்.

கட்டுப்படுத்தப்பட்ட superconducting-qubit பரிசோதனையில் ஒரு phenomenon-ஐ நிரூபிப்பதும், முழுமையான quantum communication architecture-ஐ செயல்படுத்துவதும் வேறு வேறு விஷயங்கள். அந்த நிலைகளுக்கிடையிலான மாற்றமே பல நம்பிக்கையூட்டும் கருத்துகள் தங்களின் கடினமான சோதனைகளை சந்திக்கும் இடமாகிறது.

அப்படியிருந்தும், இந்த முன்னேற்றம் அர்த்தமுள்ளது, ஏனெனில் அது உண்மையான hardware-இல் ஒரு counterintuitive கருத்தை சரிபார்க்கிறது. சில சூழ்நிலைகளில் leakage இருந்தாலும் entanglement நீடிக்க முடியும் என்பதை மட்டும் குழு காட்டவில்லை. சரியாக வடிவமைத்தால் leakage-யே உருவாக்கும் mechanism-இன் ஒரு பகுதியாக இருக்க முடியும் என்பதையும் அவர்கள் காட்டினர்.

அது குவாண்டம் தொழில்நுட்பத்தின் பழமையான பிரச்சினைகளில் ஒன்றை மறுபரிசீலனை செய்கிறது. சூழலுக்கான ஒவ்வொரு திறப்பையும் நீக்க வேண்டிய defect ஆகப் பார்க்காமல், எதிர்கால அமைப்புகள் அவற்றில் சிலவற்றை stabilizing channels ஆகத் தேர்ந்தெடுத்து பயன்படுத்தலாம். அந்த தர்க்கம் பெரிய மற்றும் அதிக இணைப்புள்ள அமைப்புகளிலும் தொடர்ந்தால், குவாண்டம் நெட்வொர்க்குகள் தொடக்கம் முதலே எவ்வாறு வடிவமைக்கப்படுகின்றன என்பதில் அது தாக்கம் செலுத்தலாம்.

இப்போதைக்கு, இந்த முடிவை பரவலான தாக்கங்களைக் கொண்ட ஒரு அடித்தளப் பிரகடனமாகவே சிறப்பாகப் புரிந்துகொள்ளலாம். இது துறையின் மிகக் கடினமான செயல்பாட்டு பிரச்சினைகளில் ஒன்றிற்கான ஒரு சாத்தியமான பாதையை வழங்குகிறது: transit-இல் இழக்காமல் எண்டாங்கிள்மென்டை எவ்வாறு உருவாக்குவது. குவாண்டம் பொறியியலில், அது சிறிய திருத்தம் அல்ல. அது வேறொரு உத்தி.

இந்த கட்டுரை Phys.org வழங்கிய செய்தியினைப் பொருத்தது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.