Ein globales Protokoll, das die Qubit-Evolution mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit umkehrt

Forscher des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) in Wien haben kürzlich einen universellen Mechanismus entwickelt, um die Evolution von Qubits mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit umzukehren. Dieses Protokoll, beschrieben in Physische Überprüfungsschreibenkann es jedes Ziel-Qubit in den Zustand zurückversetzen, in dem es sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Vergangenheit befand.

Die Einführung dieses Protokolls hängt davon ab vorheriges Papier Im Jahr 2020 veröffentlicht, präsentierte dasselbe Team eine Reihe von zeitlichen Übersetzungsprotokollen, die in unbeaufsichtigten Umgebungen angewendet werden können. Während einige dieser Protokolle vielversprechend waren, erwies sich ihre Erfolgswahrscheinlichkeit in den meisten getesteten Szenarien als sehr gering. In ihrer neuen Studie wollten die Forscher ein alternatives Protokoll mit einer höheren Erfolgswahrscheinlichkeit entwickeln.

„Unser neu entwickeltes Protokoll kehrt die Single-Qubit-Evolution um“, sagte David Trillo, einer der Forscher, der die Studie mit Benjamin Dive und Miguel Navascués durchführte, gegenüber Phys.org. Ein Qubit (oder Qubit) ist ein zweistufiges Quantensystem, das als Quantenäquivalent der in Quantencomputern verwendeten Qubits fungiert.Jedes Quantensystem hat eine gewisse natürliche Entwicklung in der Zeit, die kontrolliert oder zumindest berechnet werden muss, wenn die Prozesse darum herum entworfen werden (z. B. beim Bau eines Quantencomputers). Unser Protokoll nimmt ein Qubit und gibt dasselbe System aus, aber in dem Zustand, in dem es sich befinden würde, wenn es sich in der Zeit rückwärts entwickelt hätte.“

Das von Trillo und Kollegen erstellte Protokoll ist universell, was bedeutet, dass es auf jedes Qubit angewendet werden kann, unabhängig von seiner natürlichen Zeitentwicklung oder dem Zustand, in dem es sich befindet, wenn das Protokoll verwendet wird. Globale Protokolle sind probabilistischer Natur, was bedeutet, dass sie nicht immer erfolgreich sein können, sondern eine gewisse Erfolgswahrscheinlichkeit haben.

In ersten Auswertungen stellten die Forscher fest, dass der globale Quantenrückspulmechanismus eine hohe Erfolgswahrscheinlichkeit hat, d. h. 1. Das Protokoll funktioniert im Wesentlichen, indem es ein Ziel-Qubit auf eine Überlagerung von Flugbahnen setzt und dann eine Reihe von Quantenoperationen darauf durchführt. .

„Unser Protokoll funktioniert mit unüberwachten Systemen, also Qubits, auf die wir nicht wissen, wie wir bestimmte Transformationen anwenden sollen“, erklärte Trillo. „Das coole neue Feature ist, dass wir, wenn es fehlschlägt, den Fehler patchen und das System in den gewünschten Zustand bringen können. Indem wir diese Patches adaptiv erstellen, können wir die Erfolgswahrscheinlichkeit so hoch machen, wie wir es wollen, zu den Kosten um die Betriebszeit des Protokolls zu erhöhen.“

Das von Trillo und Kollegen vorgestellte neue universelle Protokoll ermöglicht es Forschern, jedes beliebige Qubit in einer unbeaufsichtigten Umgebung mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit zurückzugeben. Während es bereits Protokolle gibt, die dies in kontrollierten Umgebungen erreichen können, könnte die Freischaltung der Fähigkeit, einzelne Qubits in unbeaufsichtigten Umgebungen in einen früheren Zustand zu propagieren, neue wertvolle Möglichkeiten für die Forschung eröffnen.

„Man fragt sich, welche anderen Phänomene aus der kontrollierten Umgebung wir in die unbeaufsichtigte Umgebung übertragen können“, fügte Trillo hinzu. „Idealerweise möchten wir dieses Protokoll auf höherdimensionale Systeme verallgemeinern. Dies scheint jedoch eine große Herausforderung zu sein, da dafür neue Ideen erforderlich sind. Wir versuchen auch, die Erfolgswahrscheinlichkeit anderer Protokolle in der ursprünglichen Arbeit zu verbessern , insbesondere SWAP-Protokolle“ .