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Nov 01, 2023

고전적 유사 시간의 실험적 시연

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22580(2022) 이 기사 인용 2568은 10개의 Altmetric Metrics 세부 정보에 액세스합니다. 양자 정보 처리에 적용되는 양자 이론 개념 중 하나입니다.

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22580(2022) 이 기사 인용

2568 액세스

10 알트메트릭

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양자 정보 처리의 기반이 되는 양자 이론 개념 중 하나는 중첩입니다. 여기서 우리는 외부 구동 필드와 함께 과립의 헤르츠형 비선형성에 의해 가능해진 에너지 상태의 일관된 중첩에 대한 고전적 유사체의 존재에 대한 실험적 증거를 제공합니다. 과립의 비선형 진동은 위상을 통해 서로 의존하고 일관된 중첩을 형성하는 선형 진동 모드로 투영됩니다. 우리는 응집 상태의 진폭이 2차원 힐베르트 공간에 걸쳐 있는 상태 벡터의 구성 요소를 형성하고 시간을 통해 시스템이 매개변수적으로 힐베르트 공간에 걸쳐 있을 수 있음을 보여줍니다. 따라서 상태 중첩은 결맞음 및 파동 함수 붕괴 없이 2상태 양자 유사 계산에서 활용될 수 있습니다. 마지막으로, 상태를 중첩시키는 순수 기본 상태에 가역적 Hadamard 게이트를 적용하는 실험적 실현을 보여줍니다.

양자 정보 과학(QIS) 및 양자 컴퓨팅1,2,3,4,5에 대한 수요가 증가함에 따라 주제와 그 방법에 대한 면밀한 분석이 필요합니다. 양자 비트(큐비트)는 QIS의 필수 구성 요소이자 가장 중요하게는 중첩 상태로 존재할 수 있는 2가지 상태 양자 기계 시스템입니다. 주어진 처음 두 상태에 특정한 정량적 연결이 있는 새롭고 구별되는 상태를 이전 두 상태의 중첩이라고 합니다. 상태 중첩을 제공하는 것 외에도 얽힘을 통해 하위 시스템 간의 상관 관계를 구축하는 능력은 큐비트를 정보 처리에 매우 강력하게 만듭니다. 그러나 이러한 상태의 섬세한 일관성을 파괴하는 환경의 빠른 능력으로 인해 초기에 준비된 양자 중첩 상태를 생성하고 관찰하는 것은 어렵습니다. 결과적으로 절대 영도에 가까운 온도로 냉각된 입자와 일부 미세한 물체는 이러한 양자 중첩을 나타냅니다. 반면에, 거시적 규모에서 입자 세계선의 위상학적 특성이 모두 중요한 위상학적 양자 컴퓨팅(TPC)은 보다 견고한 큐비트를 구성하기 위한 노력의 일환으로 비아벨리안 형태의 물질을 사용하여 양자 정보를 저장합니다. 12. 그러나 네이처 13에 실린 프롤로프의 논평에 따르면, 마요라나 입자 분쟁은 위상학적 큐비트를 생성하는 것이 매우 어렵기 때문에 TPC 분야의 신뢰를 훼손하고 있다. 결과적으로, 다른 거시적 상태의 중첩, 즉 거시적 중첩 상태에 대한 연구가 지난 수십 년 동안 적극적으로 추구되었으며 포획된 이온14, 보스-아인슈타인 응축물15,16 및 원자 시스템17을 포함한 다양한 시스템에서 성공적으로 실험적으로 시연되었습니다. 또한 큐비트를 단색으로 구동하거나 기계적 발진기와 스핀 큐비트 사이의 두 포논 상호 작용을 감지함으로써 큐비트 발진기 시스템의 거시적 양자 중첩도 탐구되었습니다. 아주 최근에는 Wood et al. 양자 역학의 거시적 경계를 조사하기 위해 거시적 중첩을 생성하는 플랫폼과 직경 250nm의 다이아몬드를 중첩에 배치하는 계획을 제안했습니다.

QIS와 양자 역학 응용 및 기술 발전에 대한 추가적인 관점은 양자 현상의 음향 유사체 확립을 통해 제공됩니다. 주목할만한 사례 중 하나는 선형 탄성장으로, 양자 역학의 스핀 상태와 유사한 고전 고조파의 일관된 중첩을 이론적 및 실험적으로 생성하는 것으로 나타났습니다. 그럼에도 불구하고, 진정한 양자 유사 현상을 관찰하기 위해서는 기계 시스템의 비선형성이 필요합니다. 음의 Wigner 함수를 사용하여 기계적인 비가우시안 상태를 생성하는 것이 그러한 예 중 하나입니다. 소실23,24,25,26, 이중 우물 광기계적 전위27,28, 주기적인 큐비트 뒤집기29, 양자 간섭 효과30, 광학장 조건부 측정31,32,33 및 둘 사이의 변조된 광자 호핑 상호 작용을 이용한 양자 터널링이 제안되었습니다. 광기계 시스템의 공동은 거시적인 비가우시안 중첩 상태를 생성할 수 있습니다. 이러한 방법은 광학적 자유도와 기계적 자유도 사이의 비선형 상호 작용을 기반으로 합니다. 같은 방향으로, Ref.36에서는 구동 필드의 진폭을 변화시킴으로써 Kerr 유형 비선형성에 의해 거시적 중첩 상태의 실험적 생성이 가능해졌습니다. 그러나 우리가 아는 한, 상태 중첩을 생성하기 위해 비선형성을 활용한 비선형 고전 탄성 시스템에서는 비교 가능한 작업이 수행되지 않았습니다. 비선형 고전 시스템의 탄성 비트는 주변 온도에서 안정적이고 결어긋남이 없는 상태의 중첩을 생성할 수 있습니다. 또한, 확률진폭이 아닌 실제진폭을 나타내기 때문에 파동함수의 붕괴가 없는 상태에서도 직접 측정이 가능하다. 이러한 특성을 통해 탄성 비트를 실험적으로 실현할 수 있으며, 재료 기반 양자 유사체를 활용하여 양자 정보 기술의 일부 목표를 달성할 수 있는 혁신적인 새로운 방법을 제공합니다. 본 연구의 목적은 비선형 음향 세분화 매체에서 중첩 상태의 음향 유사체를 준비하고 Bloch 상태의 중첩을 조작할 수 있는 가능성을 실험적으로 입증하는 것입니다. 보다 구체적으로, 두 개의 구형 과립으로 구성된 비선형 시스템을 조화롭게 구동함으로써 비선형 정규 모드가 시간 종속 진폭을 사용하여 선형 정규 모드 직교 기반으로 표현될 수 있음을 실험적으로 입증합니다. 이러한 진폭은 시간에 따라 매개변수적으로 2차원(2D) 힐베르트 공간에 걸쳐 있는 상태 벡터의 구성요소를 형성합니다. 따라서 그들은 큐비트와 같은 시간에 따른 일관된 상태 중첩의 유사체 역할을 합니다. 또한, 우리는 비선형 시스템에 적용되는 외부 드라이버의 주파수와 진폭이 탄성 Bloch 영역을 탐색하는 데 필수적인 요소임을 실험적으로 입증합니다. 가장 근본적으로, 고려 중인 시스템이 비선형이기 때문에 우리는 시간이 Bloch 상태 중첩의 매개변수적 탐색을 허용한다는 것을 실험적으로 보여줍니다.