นักวิจัยในญี่ปุ่นได้พัฒนาวิธีการแก้ไขข้อผิดพลาดในการทำงานควอนตัมโดยไม่ใช้สนามแม่เหล็ก เทคนิค zero-field แบบใหม่ ซึ่งแสดงให้เห็นโดยใช้ควอนตัมบิต (qubits) ที่สร้างขึ้นจากความไม่สมบูรณ์ของระดับอะตอมในเพชร อาจทำให้สามารถรวม qubits ดังกล่าวกับอุปกรณ์อื่นๆ โดยใช้วงจรตัวนำยิ่งยวด และสร้างอุปกรณ์ควอนตัมที่ใหญ่ขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ขึ้นอยู่กับการหมุน
ของตัวพาประจุ
(อิเล็กตรอนและรู) ในเซมิคอนดักเตอร์ถือเป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่ยอดเยี่ยมสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม เนื่องจากมีเวลาในการเชื่อมโยงกันที่ยาวนาน นอกจากนี้ยังทำให้เป็นจุดเชื่อมต่อที่เหมาะสำหรับเครือข่ายควอนตัม ซึ่งสามารถใช้เป็นหน่วยความจำควอนตัมหรือเครื่องทวนสัญญาณควอนตัม
อย่างไรก็ตาม qubits ของสปินเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเกิดข้อผิดพลาดที่เกิดจากการโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมในคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม ข้อผิดพลาดในการพลิกบิต ซึ่งก็คือกรณีที่บิตเปลี่ยนจาก 0 เป็น 1 (หรือในทางกลับกัน) เนื่องจากสัญญาณรบกวนมากกว่าคำสั่งของโปรแกรม สามารถติดตามได้
โดยการคัดลอกบิตและดำเนินการทางลอจิกที่เรียกว่าการถอดรหัสเพื่อค้นหา บิตที่เสียหาย ในทางกลับกัน ไม่สามารถคัดลอกได้เนื่องจากหลักการควอนตัมที่เรียกว่าทฤษฎีบทที่ไม่มีการโคลนนิ่ง การแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม (QEC) พยายามรักษาความถูกต้องโดยการ “กระจาย” ข้อมูลของควอนตัมหนึ่ง
ไปยังสถานะที่ยุ่งเหยิงของควิบิตอื่นๆ อีกหลายตัว แนวคิดนี้ได้รับการแนะนำครั้งแรกในปี 1994 ซึ่งเสนอโปรโตคอลการแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับเก้าบิตที่ยุ่งเหยิง ในโปรโตคอลนี้ ข้อผิดพลาด (เช่น การพลิกบิตหรือการเปลี่ยนแปลงสัญญาณของเฟสของ qubit) สามารถติดตามได้โดยดำเนินการวัด
หลาย qubit ที่ดึงข้อมูลเกี่ยวกับประเภทของข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้น และใน qubit ใด โดยไม่รบกวน ข้อมูลควอนตัม จากนั้นจะมีการดำเนินการกับ qubit ที่เสียหายเพื่อย้อนกลับผลกระทบของข้อผิดพลาด
วิธีการต่างๆ ได้รับการพัฒนาสำหรับการนำ QEC ไปใช้ในการทดลองแบบสปินคิวบิต
อย่างไรก็ตาม
ทั้งหมดต้องการสนามแม่เหล็กแรงสูงและสม่ำเสมอในการดำเนินการปั่นที่ต้องการ การได้มาซึ่งความสม่ำเสมอสูงเช่นนี้เป็นเรื่องยาก และการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กแรงสูงจะขัดขวางคิวบิตตัวนำยิ่งยวดโดยบังคับให้พวกมันออกจากสถานะตัวนำยิ่งยวด สิ่งนี้ทำให้ยากต่อการสร้างอุปกรณ์ไฮบริด
ที่ใช้ทั้งตัวนำยิ่งยวดและสปินคิวบิตฟิลด์ Zero เข้าสู่เกมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติโยโกฮาม่าได้ดำเนินการขั้นตอนสำคัญในการแก้ไขปัญหานี้โดยการพัฒนาวิธีการที่ปราศจากสนามแม่เหล็กในการจัดการกับสปินคิวบิตที่ทำจากศูนย์ไนโตรเจน (NV) ในเพชร พวกเขาใช้พัลส์ไมโครเวฟโพลาไรซ์
เพื่อพันการหมุนของอิเล็กตรอนของอะตอมไนโตรเจนเข้ากับการหมุนของนิวเคลียสของไอโซโทปคาร์บอนที่อยู่ใกล้เคียงสองชนิดและตัวไนโตรเจนเอง เพื่อให้การทำงานของ QEC สำเร็จ นักวิจัยต้องควบคุมการหมุนของนิวเคลียร์ทั้งสามผ่านการปฏิสัมพันธ์แบบไฮเปอร์ไฟน์กับการหมุนของอิเล็กตรอน
ซึ่งสามารถควบคุมได้ด้วยแสง การจัดเรียงแบบ 3 มิติของขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าจะตัดสนามแม่เหล็กที่เหลืออยู่ออก เพื่อให้การทำงานเกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กที่เป็นศูนย์ที่สม่ำเสมออย่างแท้จริง แม้ว่าการหมุนของนิวเคลียสทั้งสามจะสั้นกว่ารหัส 9-qubit ของ Shor นักวิจัยกล่าวว่าพวกมันเพียงพอ
ที่จะแก้ไขข้อผิดพลาด พวกเขาประเมินประสิทธิผลของวิธีการโดยจงใจแทรกข้อผิดพลาดในการปั่นนิวเคลียร์ของไนโตรเจนที่เข้ารหัส หากไม่ใช้ QEC พวกเขาพบว่าความเที่ยงตรงของการดำเนินการลดลงตามสัดส่วนของความน่าจะเป็นของข้อผิดพลาด เมื่อใช้ QEC ความเที่ยงตรงจะคงที่โดยไม่คำนึงถึง
ความน่าจะเป็น
ของข้อผิดพลาด นักวิจัยของโยโกฮาม่ายังแสดงให้เห็นว่าพวกเขาได้รับผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกันด้วยวิธีการของพวกเขาโดยใช้สนามแม่เหล็ก เพื่อจัดการกับการหมุนขั้นตอนถัดไป: การแก้ไขข้อผิดพลาดพร้อมกันอ้างอิงจากฮิเดโอะ โคซากะวิศวกรควอนตัมแห่งโยโกฮาม่าและผู้เขียนหลักของรายงาน
ที่อธิบายถึงงาน ขั้นตอนต่อไปของทีมคือการแก้ไขข้อผิดพลาดบิตและเฟสพร้อมกันโดยการใช้รหัสโคลงที่สามารถใช้กับคิวบิตจำนวนน้อยได้และไม่ต้องการรหัส ทีมงานกำลังพัฒนาอินเทอร์เฟซเพื่อทำการแปลงควอนตัมระหว่างคิวบิตตัวนำยิ่งยวดและโฟตอนสำหรับการสื่อสารโดยใช้หน่วยความจำ
ในเมืองเดลฟต์ ประเทศเนเธอร์แลนด์ ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในงานวิจัยนี้ กล่าวชื่นชมทีมงานของ Yokohama ในการพัฒนาวิธีใหม่ๆ ในการควบคุมการหมุนของ qubits ในเพชรที่สนามแม่เหล็กเป็นศูนย์ ในมุมมองของเขา ความเข้ากันได้ของวิธีการนี้กับ qubits ตัวนำยิ่งยวดเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญ
เนื่องจากสามารถอำนวยความสะดวกในสถาปัตยกรรมแบบไฮบริดที่รวมวงจรตัวนำยิ่งยวด (สำหรับการคำนวณควอนตัมที่รวดเร็ว) และสปิน qubits (สำหรับหน่วยความจำควอนตัมที่มีอายุการใช้งานยาวนาน) เขากล่าวเสริมว่าความท้าทายในอนาคตที่สำคัญคือการตระหนักถึงการแก้ไขข้อผิดพลาด
ที่ทนต่อความผิดพลาด ซึ่งต้องการ ที่มากขึ้นและความสามารถในการตรวจจับข้อผิดพลาดโดยใช้การวัดแบบไม่ทำลาย การดำเนินการที่ทนทานต่อความผิดพลาดดังกล่าวเพิ่งแสดงให้เห็นด้วยสปินคิวบิตที่ฟิลด์ที่สูงขึ้นและด้วยตัวนำยิ่งยวดและคิวบิตไอออนที่ถูกกักไว้ นักวิจัยกล่าวว่าตอนนี้
พวกเขาจะศึกษารูปทรงเรขาคณิตอื่นๆ นอกเหนือจากโครงสร้าง 2 มิติ “เราได้แสดงให้เห็นแล้วในการพิมพ์ล่วงหน้าล่าสุดว่ากระแสไฟสามารถมีอยู่ในระบบ 3 มิติ หมายความว่ากระแสจะไหลจากเย็นไปยังร้อนทั่วพื้นผิว 2 มิติทั้งหมด แทนที่จะไหลไปตามเส้น 1 มิติ” อธิบาย “แต่เราสามารถคิดไปไกลกว่านั้นและคาดเดามิติที่สูงขึ้นได้ เช่น ลูกบาศก์ 4 มิติ ซึ่งจะมีลูกบาศก์ 3 มิติเป็นหนึ่ง
แนะนำ ufaslot888g
