Fångade jonkvantdatorer är kvantenheter där fångade joner vibrerar tillsammans och är helt isolerade från den yttre miljön. Dessa datorer kan vara särskilt användbara för att undersöka och realisera olika kvantfysiktillstånd.

Forskare vid NIST/University of Maryland och Duke University har nyligen använt en fångad-jon kvantdator för att realisera två mätinducerade kvantfaser, nämligen den rena fasen och den blandade eller kodande fasen under en reningsfasövergång. Deras resultat, publicerade i en artikel i Nature Physics , bidra till den experimentella förståelsen av många kropps kvantsystem.

"Våra metoder var baserade på arbete av Michael Gullans och David Huse, som identifierade en mätinducerad reningsövergång i slumpmässiga kvantkretsar," sa Crystal Noel, en av forskarna som genomförde studien, till Phys.org. "Huvudsyftet med vår artikel var att observera detta kritiska fenomen experimentellt med hjälp av en kvantdator."

För att mäta reningsfasövergången som först beskrevs av Gullans och Huse, var forskarna tvungna att genomsnittliga data som samlats in över flera slumpmässiga kretsar. Dessutom inkluderade mätningarna de samlade in både enhetliga och projektiva mätningar.

"Genom att börja i ett blandat tillstånd med hög entropi, eller information, och sedan utveckla kretsarna, indikerar entropin i slutet av kretsen om den informationen har gått förlorad, eller med andra ord systemet har renats," förklarade Noel. "Vi mätte systemets entropi efter kretsutvecklingen när vi ställer in mäthastigheten över övergången."

Enligt teoretiska förutsägelser borde reningsfasövergången som testades av teamet ha uppstått vid en kritisk punkt, som liknar en feltolerant tröskel. Noel och hennes kollegor utförde sina experiment på slumpmässiga kretsar som var optimerade för att fungera bra med sin jonfälla kvantdator. Detta gjorde det möjligt för dem att observera de olika reningsfaserna med ett relativt litet system.

"Kritiska fenomen av denna karaktär är svåra att observera på grund av behovet av stora systemstorlekar, mätning i mitten av kretsen och medelvärde över många slumpmässiga kretsar som tar betydande beräkningstid," sa Noel. "Vi hittade ett sätt att skräddarsy modellen vi studerade till det system vi hade tillgängligt och visa att med en minimal modell kan de kritiska fenomenen fortfarande observeras."

Med hjälp av sin fångade-jon kvantdator kunde teamet undersöka både den rena fasen av reningsfasövergången och den blandade eller kodande fasen. I det första av dessa tillstånd projiceras systemet snabbt till ett rent tillstånd, vilket är relaterat till mätresultaten. I den andra kodas systemets initiala tillstånd delvis till ett kvantfelskorrigerande kodningsutrymme, som behåller systemets minne av dess ursprungliga tillstånd under en längre tid.

Noel och hennes kollegors framgångsrika förverkligande av dessa två faser av reningsövergången i sin jonfälla kvantdator kan inspirera andra team att använda liknande system för att undersöka andra kvantfaser av materia. I sitt nästa arbete kommer forskarna att fortsätta använda samma dator, som nu har flyttats till New Duke Quantum Center, för att undersöka andra fysiska fenomen. Chris Monroe, huvudutredaren för den nyligen genomförda studien, är nu chef för detta center och kommer att leda ytterligare studier med hjälp av kvantdatorn med fångade joner.

"Vi planerar nu att fortsätta att studera kritiska fenomen i slumpmässiga kretsar med hjälp av vår fångade jonkvantdator. Vi kommer att lägga till fler qubits och mellankretsmätning för att öka hårdvarukapaciteten. Vi kommer att arbeta med att hitta nya observerbara och intressanta övergångar som liknar den den som observeras här för att förstå mer om kvantberäkning och öppna kvantsystem mer generellt." + Utforska vidare

Glimtar på förändringar i kvantberäkningsfas visar forskarna vändpunkten

© 2022 Science X Network