اطلاع‌رسانی:
طراحی جدید کوپلر چند حالته جهت تحقق محاسبات کوانتومی مقیاس پذیر
پیاده سازی یک پردازنده کوانتومی به کوپلینگ کیوبیت‌ها برای ایجاد درهم تنیدگی نیاز دارد. کیوبیت‌های ابررسانا یک پلتفرم امیدوارکننده برای پردازش اطلاعات کوانتومی هستند، اما مقیاس‌بندی یک کامپیوتر کوانتومی در مقیاس کامل، مستلزم اتصال بسیاری از کیوبیت‌ها با نرخ خطای پایین است. روش‌های سنتی اغلب اتصال را به نزدیک‌ترین همسایگان محدود می‌کنند و شامل جفت‌کننده‌های متعدد هستند که ساخت را پیچیده می‌کنند
به عنوان مثال، کوپل کردن 100 کیوبیت به صورت جفتی به تعداد زیادی کوپلر نیاز دارد. علاوه بر این، کنترل تک تک عناصر مدار و کوپلرها با کابل‌های مجزا برای حتی 1000 کیوبیت به حجم غیرعملی زیادی کابل نیاز دارد، که نصب چنین سیستمی را در یک آزمایشگاه بزرگ غیرممکن می‌سازد، چه رسد به مدیریت میلیون‌ها کیوبیت. این امر نیاز به روش‌های کوپلینگ کارآمدتر و مقیاسپذیر را برجسته میکند.
تیمی از فیزیکدانان نظری به رهبری Mohd Ansari در FZJ، با همکاری تیم آزمایشی Britton Plourde در دانشگاه سیراکیوز، رویکرد جدیدی را با استفاده از یک کوپلر چند حالته معرفی کردند که قدرت کوپلینگ قابل تنظیم بین هر جفت کیوبیت را ممکن می‌سازد. این تحقیق که در PRX Quantum منتشر شده است، از یک کوپلر مشترک به شکل حلقه، ساخته شده از یک خط گذار فراماده استفاده میکند. این طرح یک طیف فرکانسی متراکم از تشدید موج ایستا در نزدیکی محدوده فرکانس گذار کیوبیت ایجاد میکند. این طراحی منحصر به فرد، که در آن فرکانس امواج ایستا به طور خطی متناسب با طول موج آنها است، با امواج ایستای معمولی در تضاد است. برای مثال، دو برابر کردن فرکانس، طول موج را دو برابر میکند، برخلاف سیستم‌های معمولی که دوبرابر کردن فرکانس طول موج را به نصف کاهش می‌دهد. یک ساز موسیقی را تصور کنید که در آن صدای بلندتر با طول موجهای بلندتر مطابقت دارد - این مفهوم انتظارات سنتی را نادیده میگیرد.
دو کیوبیت ابررسانا در موقعیت‌های ساعت 3 و 6 روی تشدیدگر حلقه با امواج ایستا قرار می‌گیرند، با قدرت برهمکنش بسته به دامنه موج ایستا در مکان‌هایشان، جفت کردن چند کیوبیت به یک حالت تشدید مشترک، برهمکنشهای تبادل عرضی را القا میکند. با جفت شدن بسته به تنظیم هر کیوبیت به حالت‌های مختلف، این برهمکنشها میتواند مثبت یا منفی باشد. علاوه بر این، برهمکنشهای بین حالت‌های برانگیخته بالاتر هر کیوبیت و حالت‌های جفت منجر به برهمکنشهای ZZ مرتبه بالاتری می‌شود که با جداسازی کیوبیت نیز متفاوت است و میتواند علامت را تغییر دهد.
این تنوع در برهمکنشهای ZZ و تبادل به خوبی با مدل‌های نظری همسو می‌شود و به تنظیم مقیاس‌های انرژی درهم‌تنیده از مقادیر بزرگ به صفر اجازه می‌دهد. پتانسیل گسترش این سیستم به بیش از دو کیوبیت در اطراف حلقه، آن را به یک پلت فرم امیدوارکننده برای کنترل درهم تنیدگی در آرایههای کیوبیت بزرگ تبدیل میکند.
More information: T. McBroom-Carroll et al, Entangling Interactions Between Artificial Atoms Mediated by a Multimode Left-Handed Superconducting Ring Resonator, PRX Quantum (2024)
