Um novo método quântico aumenta significativamente a coerência do sistema e as capacidades de detecção, aprimorando potenciais aplicações em indústrias baseadas em precisão.
Um novo método para melhorar significativamente o desempenho da tecnologia quântica usa a correlação cruzada de duas fontes de ruído para estender o tempo de coerência, melhorar a fidelidade do controle e aumentar a sensibilidade para detecção de alta frequência. Esta estratégia inovadora aborda os principais desafios em sistemas quânticos, oferecendo um aumento de dez vezes na estabilidade e abrindo caminho para dispositivos quânticos mais confiáveis e versáteis.
Avanço da tecnologia quântica
Pesquisadores fizeram um avanço significativo na tecnologia quântica ao desenvolver um novo método que melhora drasticamente a estabilidade e o desempenho de sistemas quânticos. Este trabalho pioneiro aborda os desafios de longa data da decoerência e do controle imperfeito, abrindo caminho para dispositivos quânticos mais confiáveis e sensíveis.
Tecnologias quânticas, incluindo computadores e sensores quânticos, têm imenso potencial para revolucionar vários campos, como computação, criptografia e imagens médicas. No entanto, seu desenvolvimento tem sido prejudicado pelos efeitos prejudiciais do ruído, que pode interromper estados quânticos e levar a erros.
Uma esfera de Bloch de um qubit submetido a ruído correlacionado cruzado (azul e vermelho). O método interfere destrutivamente neste ruído, resultando em desempenho superior. Crédito: Os autores
Superando o Ruído em Sistemas Quânticos
Muitas abordagens tradicionais para mitigar ruído em sistemas quânticos focam principalmente na autocorrelação temporal, que examina como o ruído se comporta ao longo do tempo. Embora eficazes até certo ponto, esses métodos falham quando outros tipos de correlações de ruído estão presentes.
A pesquisa foi conduzida por especialistas em física quântica, o aluno de doutorado Alon Salhov sob a orientação do Prof. Alex Retzker da Universidade Hebraica, o aluno de doutorado Qingyun Cao sob a orientação do Prof. Fedor Jelezko e Dr. Genko Genov da Universidade de Ulm e o Prof. Jianming Cai da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong. Eles introduziram uma estratégia inovadora que alavanca a correlação cruzada entre duas fontes de ruído. Ao explorar a interferência destrutiva do ruído correlacionado cruzado, a equipe conseguiu estender significativamente o tempo de coerência dos estados quânticos, melhorar a fidelidade do controle e aumentar a sensibilidade para detecção quântica de alta frequência.
Representação esquemática da interferência destrutiva de ruído correlacionado, sequências de controle e configuração experimental.
Descrição detalhada (do artigo):
(a) O qubit é submetido a ruído ambiental δ(t). A aplicação de um drive ressonante com frequência Rabi Ω1 cria um qubit protegido que decoerência principalmente devido a ε1(t) – o ruído de amplitude em Ω1. A aplicação de um segundo drive com frequência de modulação eΩ1, frequência Rabi Ω2 e flutuações de amplitude ε2(t), reduz a decoerência devido a ε1(t).
(b) Se a correlação cruzada, c, de ε1(t) e ε2(t) for diferente de zero, uma desafinação eΩ1 = Ω1 + c Ω2 2/Ω1 inclina o eixo de acionamento efetivo e induz uma interferência destrutiva do ruído correlacionado cruzado, resultando em um qubit duplamente vestido com um tempo de coerência mais longo.
(c) Sequências de medição para protocolos de acionamento duplo (DD) padrão e correlacionados. (d) Configuração experimental e nível
esquema do centro NV
Crédito: Os autores
As principais conquistas desta nova estratégia incluem:
Aumento de dez vezes no tempo de coerência: A duração pela qual a informação quântica permanece intacta é estendida dez vezes mais em comparação aos métodos anteriores.
Fidelidade de controle aprimorada: Maior precisão na manipulação de sistemas quânticos leva a operações mais precisas e confiáveis.
Sensibilidade Superior:A capacidade de detectar sinais de alta frequência ultrapassa o estado da arte atual, permitindo novas aplicações em detecção quântica.
Alon Salhov, disse, “Nossa abordagem inovadora estende nossa caixa de ferramentas para proteger sistemas quânticos de ruído. Ao focar na interação entre múltiplas fontes de ruído, desbloqueamos níveis de desempenho sem precedentes, nos aproximando da implementação prática de tecnologias quânticas.”
Este avanço não apenas marca um salto significativo no campo da pesquisa quântica, mas também é promissor para uma ampla gama de aplicações. Indústrias que dependem de medições altamente sensíveis, como a de saúde, podem se beneficiar enormemente dessas melhorias.
Referência: “Protecting Quantum Information via Destructive Interference of Correlated Noise” por Alon Salhov, Qingyun Cao, Jianming Cai, Alex Retzker, Fedor Jelezko e Genko Genov, 30 de maio de 2024, Physical Review Letters .
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.223601
