శోధకులు క్యూబిట్ లీకేజీని ఎంటాంగిల్‌మెంట్‌కు సాధనంగా మార్చారు

పర్యావరణంతో పోరాడకుండా దానినే ఉపయోగించడం

క్వాంటం ఇంజినీరింగ్‌లో, లీకేజీ సాధారణంగా విలన్. ఒక క్యూబిట్ నుంచి దాని పర్యావరణంలోకి శక్తి మరియు సమాచారము బయటకు వెళ్లడం సాధారణంగా గణన, కమ్యూనికేషన్, మరియు సెన్సింగ్‌కు ప్రత్యక్ష ముప్పుగా పరిగణిస్తారు. యూనివర్సిటీ ఆఫ్ ఇల్లినాయిస్ అర్బానా-షాంపెయిన్ మరియు యూనివర్సిటీ ఆఫ్ చికాగోలోని పరిశోధకుల కొత్త ప్రయోగాత్మక ఫలితం దీనికి పూర్తిగా భిన్నమైన దృష్టికోణాన్ని తీసుకొచ్చింది: సరైన పరిస్థితుల్లో, అదే డిసిపేషన్‌ను ఎంటాంగిల్‌మెంట్ సృష్టించడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

Phys.org ద్వారా హైలైట్ చేయబడిన పీర్-రివ్యూడ్ అధ్యయనంలో వివరించిన ఈ ఫలితం, సంవత్సరాలుగా సిద్ధాంతపరంగా ఆసక్తిని రేకెత్తించినప్పటికీ ప్రాక్టికల్‌గా సాకారం చేయడం కష్టం అయిన ఒక ఆలోచనను ప్రదర్శిస్తుంది. టీమ్ రెండు సూపర్‌కండక్టింగ్ క్యూబిట్స్ మరియు synthetic squeezing అనే సాంకేతికతను ఉపయోగించి డిసిపేషన్ ద్వారా ఒక ఎంటాంగిల్డ్ steady state‌ను సృష్టించింది. మరో మాటలో, ఎంటాంగిల్‌మెంట్ వెంటనే క్షీణించడం ప్రారంభించే సున్నితమైన ఒక్కసారి జరిగే ఘటనగా ఉత్పత్తి కాలేదు. అది ఒక డ్రైవ్ చేయబడిన ఓపెన్ క్వాంటం సిస్టమ్ యొక్క స్థిర ఫలితంగా వెలిసింది.

ఆ తేడా ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే ఎంటాంగిల్‌మెంట్ క్వాంటం సాంకేతికతలోని ప్రధాన వనరులలో ఒకటి. ఇది కమ్యూనికేషన్, నెట్‌వర్కింగ్, సెన్సింగ్, మరియు కంప్యూటేషన్‌లో శాస్త్రీయ వ్యవస్థలను మించిన ప్రోటోకాల్స్‌కు పునాది. సమస్య ఏమిటంటే, ఎంటాంగిల్‌మెంట్ కూడా సున్నితమైనదే. ఎక్కువ స్థిరత్వాన్ని హామీ ఇచ్చే ఏ విధానమైనా వెంటనే దృష్టిని ఆకర్షిస్తుంది.

ట్రాన్స్‌పోర్ట్ ఇంత పెద్ద సమస్య ఎందుకు

సాంప్రదాయ ఎంటాంగిల్‌మెంట్ ఉత్పత్తి సాధారణంగా క్వాంటం స్థితులను జాగ్రత్తగా సమయబద్ధమైన చర్యలతో స్థానికంగా సిద్ధం చేయడం, ఆపై వాటిని లేదా అవి మోసుకొచ్చే సమాచారాన్ని భౌతిక ఛానల్ ద్వారా తరలించడం మీద ఆధారపడుతుంది. ఆ ట్రాన్స్‌పోర్ట్ దశే అనేక వ్యవస్థలు బలహీనమయ్యే స్థానం. పర్యావరణ శబ్దం సిద్ధం చేసిన స్థితిని ఉపయోగించేలోపు చెడగొట్టగలదు.

తమ ప్రయోగం వేరే మార్గాన్ని సూచిస్తుందని పరిశోధకులు చెబుతున్నారు. మూల పాఠ్యం ప్రకారం, ఈ వ్యవస్థ ముందుగా ఎంటాంగిల్‌మెంట్‌ను సృష్టించి, ఆపై దాన్ని మరెక్కడికైనా తరలించాల్సిన అవసరాన్ని నివారిస్తుంది, అక్కడ అది అదనపు క్షీణతకు గురయ్యే అవకాశం ఉంటుంది. బదులుగా, నిరంతర డ్రైవింగ్ మరియు డిసిపేషన్ కింద ఎంటాంగిల్‌మెంట్ వ్యవస్థ యొక్క సహజ రిలాక్స్‌డ్ స్టేట్‌గా మారేలా ఈ ఏర్పాటు రూపుదిద్దుకుంది.

ఇది రంగంలో సాధారణంగా ఉన్న ఒక భావనను తలకిందులు చేస్తుంది. సాధారణంగా రిలాక్సేషన్ అంటే ఉపయోగకరమైన క్వాంటం లక్షణాల నష్టం. ఇక్కడ, రిలాక్సేషన్‌నే వనరును సృష్టిస్తుంది. ఆ భావనాత్మక విరుద్ధతే పరికరంలోని సంకుచిత వివరాలకు మించి కూడా ఈ ఫలితాన్ని ప్రత్యేకంగా నిలబెడుతుంది.

టీమ్ వాస్తవంగా ఏమి నిర్మించింది

ఈ ప్రయోగంలో ఒకే దిశలో పనిచేసే waveguide‌కు అనుసంధానించిన రెండు సూపర్‌కండక్టింగ్ క్యూబిట్స్ ఉపయోగించారు. మూల పాఠ్యం ప్రకారం, అసలు సిద్ధాంత అంచనా అత్యంత ఆదర్శీకృత పరిస్థితులపై ఆధారపడింది, అందువల్ల ఈ ప్రభావాన్ని నిజమైన పరికరంలో అందుబాటులోకి తెచ్చేందుకు పరిశోధకులు synthetic squeezing అనే ప్రయోగశాల-సరిపోయే విధానాన్ని అభివృద్ధి చేశారు.

సూపర్‌కండక్టింగ్ క్యూబిట్స్ క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ సైన్స్‌లో ప్రముఖ హార్డ్‌వేర్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌లలో ఒకటి, ఎందుకంటే వాటిని తయారు చేయవచ్చు, నియంత్రించవచ్చు, మరియు microwave circuitryతో ఏకీకృతం చేయవచ్చు. కానీ అన్ని క్వాంటం వ్యవస్థల మాదిరిగానే, అవి అనవసర పర్యావరణ పరస్పర చర్యలకు చాలా సున్నితంగా ఉంటాయి. నియంత్రిత పర్యావరణ కప్లింగ్‌ను లోపం కాకుండా ఆస్తిగా మార్చవచ్చని చూపడం, ఇప్పటికే పోటీగా ఉన్న హార్డ్‌వేర్ పరిసరాలకు ఒక కొత్త డిజైన్ కాన్సెప్ట్‌ను జోడిస్తుంది.

“synthetic squeezing” అనే పదబంధం ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే ఈ ప్రయోగం కేవలం పాఠ్యపుస్తక మోడల్‌ను పునరావృతం చేయలేదని అది సూచిస్తుంది. డిసిపేషన్-చాలిత ఎంటాంగిల్‌మెంట్ కనిపించేందుకు సరైన విధంగా పనిచేసే ఒక ప్రభావవంతమైన క్వాంటం పర్యావరణాన్ని టీమ్ రూపకల్పన చేయాల్సి వచ్చింది. సిద్ధాంతం నుంచి హార్డ్‌వేర్‌కు ఆ అనువాదమే తరచూ క్వాంటం సైన్స్‌లో అసలు అడ్డంకి. అందమైన ఆలోచనలు సాధారణం; అమలు చేయగలవి అరుదు.

స్థిర స్థితిగా ఎంటాంగిల్‌మెంట్

ఈ ఫలితంలో అత్యంత కీలకమైన భాగం ఎంటాంగిల్‌మెంట్ ఒక steady state కావడం కావచ్చు. సిద్ధాంతపరంగా, మూల పాఠ్యం ప్రకారం, దీని అర్థం అది నిరవధికంగా మరియు అపారంగా పెద్ద దూరాలపై నిలిపి ఉంచవచ్చని. దీని వల్ల అన్ని ఇంజినీరింగ్ పరిమితులు తొలగిపోతాయని కాదు, కానీ ఇవాళ్టి సిద్ధం చేసి-రక్షించే విధానాల కంటే ఇది మరింత స్థిరమైన ఫ్రేమ్‌వర్క్‌ను సూచిస్తుంది.

Steady-state entanglement ఆపరేషనల్ చిత్రాన్ని మారుస్తుంది. వ్యవస్థ యొక్క సహజ డైనమిక్స్ ద్వారా ఎంటాంగిల్‌మెంట్ నిరంతరం తిరిగి సృష్టించబడగలిగితే, చిన్న అంతరాయాలు ఉపయోగకరమైన క్వాంటం స్థితిని పూర్తిగా ముగించాల్సిన అవసరం లేదు. ఖచ్చితంగా సిద్ధం చేసిన స్థితి కాలక్రమేణా క్షీణించడం గమనించడానికి బదులుగా, ఇంజినీర్లు కోరుకున్న సంబంధాలు మళ్లీ మళ్లీ వెలిసే ఒక స్థితిని నిలుపుకునే అవకాశం పొందవచ్చు.

ఇది క్వాంటం నెట్‌వర్క్‌లకు ప్రత్యేకంగా ప్రాసంగికం. ఈ రంగంలోని దీర్ఘకాల లక్ష్యాలలో ఒకటి, మొదట వాటిని క్వాంటమ్‌గా చేసే లక్షణాలను కోల్పోకుండా క్వాంటం పరికరాలను దూరం వరకు అనుసంధానించడం. ట్రాన్స్‌పోర్ట్ శబ్దం ఆ రోడ్‌మ్యాప్‌లోని అత్యంత కఠినమైన అడ్డంకులలో ఒకటి. సున్నితమైన ట్రాన్స్‌పోర్ట్ సీక్వెన్స్‌లపై ఆధారాన్ని తగ్గించే పద్ధతి పంపిణీ చేయబడిన క్వాంటం వ్యవస్థలకు విలువైనదిగా మారవచ్చు.

ఈ ఫలితం ఇప్పుడే ఎందుకు గమనార్హం

క్వాంటం పరిశోధన coherence times, gate fidelity, materials quality, మరియు error characterizationలో క్రమంగా మెరుగుదలలను నిరంతరం ఇస్తోంది. ఇవన్నీ అవసరమే, కానీ సాధారణంగా పర్యావరణాన్ని దూరంగా ఉంచాలనే స్థాపిత అనుమానంలోనే పనిచేస్తాయి. ఈ పని మాత్రం జాగ్రత్తగా నిర్మితమైన పర్యావరణం ఉపయోగకరమైన పని చేయడంలో సహాయపడగలదని సూచిస్తోంది.

అది శబ్దం విస్తృతంగా లాభదాయకమని అర్థం కాదు. నియంత్రణలేని డిసిపేషన్ ఇంకా విధ్వంసకరమే, మరియు క్వాంటం ఇంజినీరింగ్‌లో చాలా భాగం ఇంకా decoherence‌తో పోరాటమే. కానీ ఈ ప్రయోగం మరింత సూక్ష్మ దృష్టిని సమర్థిస్తోంది: వ్యవస్థ-పర్యావరణ పరస్పర చర్యల కొన్ని రూపాలను, loss channel స్వయంగా వ్యవస్థను కోరుకున్న క్వాంటం స్థితిలోకి నడిపేలా రూపకల్పన చేయవచ్చు.

విస్తృత పరిశ్రమకు, ఇది కనీసం రెండు విధాలుగా ప్రాధాన్యం కలిగి ఉండవచ్చు. మొదట, హార్డ్‌వేర్ స్థాయిలో మరింత fault-tolerant ఎంటాంగిల్‌మెంట్ ఉత్పత్తికి మార్గం ఇవ్వవచ్చు. రెండవది, quantum interconnects, repeaters, మరియు networked architectures నిర్మించడానికి అందుబాటులో ఉన్న సాధనాలను విస్తరించవచ్చు. అనేక హార్డ్‌వేర్ స్టాక్‌లు పోటీపడుతున్న మరియు hybrid systems ఎక్కువగా కీలకంగా మారే ఈ రంగంలో, robust entanglement ఉత్పత్తి చేయడానికి అదనపు మార్గాలు వ్యూహాత్మకంగా ముఖ్యమైనవి.

మిగిలిన పరిమితులు

ఈ ఫలితాన్ని జాగ్రత్తగా చదవాలి. మూల పాఠ్యం దీన్ని ప్రస్తుత ఎంటాంగిల్‌మెంట్-ఉత్పత్తి పద్ధతులకు ఆశాజనక ప్రత్యామ్నాయంగా చూపుతోంది, కానీ పూర్తిస్థాయి నెట్‌వర్కింగ్ పరిష్కారంగా కాదు. ప్రాక్టికల్ అమలుకు scaling, ఇతర system components‌తో integration, మరియు మరింత సంక్లిష్ట ఆపరేటింగ్ పరిస్థితుల్లో కూడా ఈ విధానం ప్రభావవంతంగా ఉంటుందని నిరూపణ అవసరం.

నియంత్రిత సూపర్‌కండక్టింగ్-క్యూబిట్ ప్రయోగంలో ఒక phenomenon‌ను చూపడం, మరియు పూర్తి quantum communication architecture‌ను అమలు చేయడం వేర్వేరు విషయాలు. ఆ దశల మధ్య మార్పిడే అనేక ఆశాజనక భావనలు తమ కఠిన పరీక్షలను ఎదుర్కొనే స్థలం.

అయినా కూడా, ఈ పురోగతి ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే ఇది నిజమైన హార్డ్‌వేర్‌తో ఒక counterintuitive ఆలోచనను నిర్ధారిస్తుంది. టీమ్ లీకేజీ కొన్ని పరిస్థితుల్లో ఎంటాంగిల్‌మెంట్‌ను నిలబెట్టగలదని మాత్రమే చూపలేదు. వారు సరైన రీతిలో రూపకల్పన చేస్తే, లీకేజీనే సృష్టి-యంత్రాంగంలో భాగమవుతుందని చూపించారు.

అది క్వాంటం సాంకేతికతలోని పురాతన సమస్యలలో ఒకదాన్ని కొత్తగా ఆలోచింపజేస్తుంది. పర్యావరణానికి ఉండే ప్రతి తెరుచుకున్న మార్గాన్ని తొలగించాల్సిన లోపంగా చూడకుండా, భవిష్యత్ వ్యవస్థలు వాటిలో కొన్నింటిని స్థిరీకరణ ఛానళ్లుగా ఎంపికచేసి ఉపయోగించవచ్చు. ఈ తర్కం పెద్ద మరియు మరింత అనుసంధానమైన వ్యవస్థల్లో కూడా కొనసాగితే, క్వాంటం నెట్‌వర్క్‌లు మొదటి నుంచే ఎలా రూపకల్పన చేయబడతాయన్న దానిపై ప్రభావం చూపవచ్చు.

ప్రస్తుతం, ఈ ఫలితాన్ని విస్తృత ప్రభావాలు కలిగిన ఒక పునాది-స్థాయి ప్రదర్శనగా ఉత్తమంగా అర్థం చేసుకోవచ్చు. ఇది రంగంలోని అత్యంత మొండి ఆపరేషనల్ సమస్యలలో ఒకటికి ఒక సాధ్యమైన మార్గాన్ని అందిస్తుంది: ట్రాన్సిట్‌లో కోల్పోకుండా ఎంటాంగిల్‌మెంట్‌ను ఎలా సృష్టించాలి. క్వాంటం ఇంజినీరింగ్‌లో, ఇది చిన్న మెరుగుదల కాదు. ఇది వేరే వ్యూహం.

ఈ వ్యాసం Phys.org నివేదికపై ఆధారపడింది. అసలు వ్యాసాన్ని చదవండి.