ให้ความรู้เกี่ยวกับยานอวกาศ

การเคลื่อนย้ายด้วยควอนตัมจะถ่ายโอนข้อมูลจากระบบควอนตัมระบบหนึ่ง (เช่น ไอออน) ไปยังอีกระบบหนึ่ง (เช่น ไอออนที่สอง) แม้ว่าทั้งสองระบบจะแยกออกจากกันอย่างสิ้นเชิงก็ตาม เหมือนกับหนังสือสองเล่มที่อยู่ในห้องใต้ดินของอาคารที่แยกจากกัน ในรูปแบบเทเลพอร์ตในชีวิตจริงนี้ มีเพียงข้อมูลควอนตัมที่ไม่สำคัญเท่านั้นที่จะถูกส่ง ตรงข้ามกับ "การฉายแสง" ของมนุษย์ในเวอร์ชั่น Star Trek จากยานอวกาศไปยังดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง การเคลื่อนย้ายข้อมูลควอนตัมได้แสดงให้เห็นก่อนหน้านี้ด้วยไอออนและระบบควอนตัมอื่น ๆ ที่หลากหลาย แต่ผลงานชิ้นใหม่นี้เป็นผลงานชิ้นแรกที่ส่งผ่านทางไกลของการดำเนินการควอนตัมลอจิกแบบสมบูรณ์โดยใช้ไอออน ซึ่งเป็นตัวเลือกชั้นนำสำหรับสถาปัตยกรรมของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต การทดลองได้รับการอธิบาย ไว้ ใน Scienceฉบับวันที่ 31 พฤษภาคม Dietrich Leibfried นักฟิสิกส์จาก NIST กล่าวว่า "เราตรวจสอบแล้วว่าการดำเนินการทางลอจิกของเราใช้ได้กับสถานะอินพุตทั้งหมดของสองควอนตัมบิตโดยมีความน่าจะเป็น 85 ถึง 87% ซึ่งยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบ แต่นี่เป็นการเริ่มต้น" คอมพิวเตอร์ควอนตัมเต็มรูปแบบ หากสามารถสร้างได้ จะสามารถแก้ปัญหาบางอย่างที่ยากจะแก้ไขได้ในปัจจุบัน NIST ได้สนับสนุนความพยายามในการวิจัยระดับโลกเพื่อควบคุมพฤติกรรมควอนตัมสำหรับเทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริง รวมถึงความพยายามในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม เพื่อให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานได้ตามที่หวังไว้ พวกเขาอาจต้องการควอนตัมบิตหรือ "คิวบิต" หลายล้านบิต รวมถึงวิธีการดำเนินการระหว่างคิวบิตที่กระจายอยู่ในเครื่องขนาดใหญ่และเครือข่ายต่างๆ ยานอวกาศ การเทเลพอร์ตของการดำเนินการทางลอจิกเป็นวิธีหนึ่งที่ทำได้โดยไม่ต้องมีการเชื่อมต่อเชิงกลเชิงควอนตัมโดยตรง (การเชื่อมต่อทางกายภาพสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบคลาสสิกจะยังคงมีความจำเป็น) ทีมงานของ NIST ได้เทเลพอร์ตการดำเนินการทางลอจิกที่ควบคุมด้วยควอนตัม -NOT (CNOT) หรือลอจิกเกต ระหว่างเบริลเลียมไอออนคิวบิตสองตัวที่อยู่ห่างกันมากกว่า 340 ไมโครเมตร (หนึ่งในล้านของเมตร) ในโซนที่แยกจากกันของกับดักไอออน ซึ่งเป็นระยะทางที่จำกัดขอบเขตใดๆ ปฏิสัมพันธ์โดยตรงอย่างมาก การดำเนินการ CNOT จะพลิกควิบิตที่สองจาก 0 เป็น 1 หรือในทางกลับกัน เฉพาะในกรณีที่ควิบิตแรกเป็น 1 เท่านั้น จะไม่มีอะไรเกิดขึ้นถ้าควิบิตแรกเป็น 0 ตามแบบฉบับควอนตัม คิวบิตทั้งสองสามารถอยู่ใน กระบวนการเทเลพอร์ตของ NIST อาศัยการพัวพันซึ่งเชื่อมโยงคุณสมบัติควอนตัมของอนุภาค แม้ว่าจะถูกแยกออกจากกัน แมกนีเซียมไอออนที่พันกันเป็น "ผู้ส่งสาร" ใช้เพื่อถ่ายโอนข้อมูลระหว่างไอออนเบริลเลียม (ดูอินโฟกราฟิก) ทีมงานของ NIST พบว่ากระบวนการ CNOT ที่เทเลพอร์ตทำให้แมกนีเซียมไอออนสองตัวเข้าไปพันกัน ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญ โดยมีอัตราความสำเร็จ 95% ในขณะที่การดำเนินการทางลอจิกทั้งหมดประสบความสำเร็จ 85% ถึง 87% ของเวลาทั้งหมด Leibfried กล่าวว่า "Gate teleportation ช่วยให้เราสามารถสร้างควอนตัมลอจิกเกตระหว่างไอออนสองตัวที่แยกออกจากกันในเชิงพื้นที่และอาจไม่เคยมีปฏิสัมพันธ์กันมาก่อน" "เคล็ดลับคือพวกมันแต่ละตัวมีอิออนของอีกคู่ที่พันกันอยู่เคียงข้างกัน และทรัพยากรที่พัวพันกันนี้ซึ่งกระจายอยู่หน้าประตู ทำให้เราทำกลอุบายควอนตัมที่ไม่มีคู่แบบคลาสสิกได้" "คู่ผู้ส่งสารที่พัวพันกันนั้นสามารถผลิตขึ้นในส่วนเฉพาะของคอมพิวเตอร์และจัดส่งแยกต่างหากไปยัง qubits ที่ต้องเชื่อมต่อกับลอจิกเกต แต่อยู่ในสถานที่ห่างไกล" Leibfried กล่าวเสริม งานของ NIST ยังรวมเข้ากับการทดลองเดียว ซึ่งเป็นครั้งแรกที่มีการดำเนินการหลายอย่างที่จำเป็นสำหรับการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่โดยใช้ไอออน รวมถึงการควบคุมไอออนประเภทต่างๆ การขนส่งไอออน และการดำเนินการพันกันบนชุดย่อยที่เลือก ระบบ. ในการตรวจสอบว่าพวกเขาทำการเกท CNOT นักวิจัยได้เตรียมควิบิตแรกในสถานะอินพุตที่แตกต่างกัน 16 ชุด จากนั้นจึงวัดเอาต์พุตในควิบิตที่สอง สิ่งนี้สร้าง "ตารางความจริง" ควอนตัมทั่วไปที่แสดงกระบวนการทำงาน นอกเหนือจากการสร้างตารางความจริงแล้ว นักวิจัยยังตรวจสอบความสอดคล้องของข้อมูลในช่วงเวลาที่ขยายออกไปเพื่อช่วยระบุแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดในการตั้งค่าการทดลอง เทคนิคนี้คาดว่าจะเป็นเครื่องมือสำคัญในการกำหนดลักษณะของกระบวนการข้อมูลควอนตัมในการทดลองในอนาคต งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานผู้อำนวยการข่าวกรองแห่งชาติ กิจกรรมโครงการวิจัยขั้นสูงด้านข่าวกรอง และสำนักงานวิจัยกองทัพเรือ