由澳大利亞國立大學 (ANU) 的一組科學家領導的新研究概述了一種使用量子計算機實現對微觀物體更準確測量的方法——這一步驟可能在包括生物醫學在內的大量下一代技術中被證明是有用的感應。
檢查像汽車這樣的大型日常物體的各種單獨屬性非常簡單：汽車具有明確定義的位置、顏色和速度。 然而，當試圖檢查像光子這樣的微觀量子物體時，這就變得更加棘手了——微小的光粒子。
這是因為量子物體的某些屬性是相互關聯的，測量一個屬性可能會干擾另一個屬性。 例如，測量電子的位置會影響其速度，反之亦然。
此類屬性稱為共軛屬性。 這是海森堡著名的不確定性原理的直接體現——不可能以任意精度同時測量量子物體的兩個共軛特性。
根據主要作者和 ANU 博士的說法。 研究員 Lorcán Conlon，這是量子力學的決定性挑戰之一。
“我們能夠設計一種測量方法來更準確地確定量子物體的共軛特性。 值得注意的是，我們的合作者能夠在世界各地的各個實驗室實施這種測量，”Conlon 說。
“更多的 精確測量 是至關重要的，並且可以反過來為各種技術開闢新的可能性，包括生物醫學傳感、激光測距和量子通信。”
這項新技術圍繞著量子系統的一個奇怪怪癖，稱為糾纏。 據研究人員稱，通過糾纏兩個相同的 量子物體 並將它們一起測量，科學家們可以比單獨測量它們更精確地確定它們的特性。
“通過糾纏兩個相同的量子系統，我們可以獲得更多信息，”共同作者 Syed Assad 博士說。 “在測量量子系統的任何屬性時，都會有一些不可避免的噪音。 通過將兩者糾纏在一起，我們能夠減少這種噪音並獲得更準確的測量結果。”
理論上，可以糾纏和測量三個或更多的量子系統以獲得更好的精度，但在這種情況下，實驗與理論不符。 儘管如此，作者相信未來的量子計算機將能夠克服這些限制。
“未來，帶有糾錯量子比特的量子計算機將能夠對越來越多的副本進行有益的測量，”Conlon 說。
根據 A*STAR 材料研究與工程研究所 (IMRE) 首席量子科學家 Ping Koy Lam 教授的說法，這項工作的主要優勢之一是在嘈雜的場景中仍然可以觀察到量子增強。
“對於實際應用，例如生物醫學測量，即使信號不可避免地嵌入嘈雜的現實環境中，我們也能看到優勢，這一點很重要，”他說。
該研究由 ARC 量子計算和通信技術卓越中心 (CQC2T) 的專家與 A*STAR 材料研究與工程研究所 (IMRE)、耶拿大學、因斯布魯克大學的研究人員合作進行。和麥考瑞大學。 Amazon Web Services 通過提供研究和架構支持以及使用 Amazon Bracket 提供 Rigetti Aspen-9 設備進行合作。
研究人員在 19 台不同的量子計算機上測試了他們的理論，跨越三個不同的平台：超導、俘獲離子和光子量子計算機。 這些世界領先的設備遍布歐洲和美洲，並可通過雲訪問，讓全球各地的研究人員能夠連接起來並開展重要研究。
