Первый регулируемый «бесшумный» усилитель для квантовых компьютеров

-->

Исследователи NIST (National Institute of Standards and Technology – Национальный Институт Стандартов и Технологии, США) и Университета штата Колорадо (University of Colorado) в Боулдере (Boulder) разработали первый настраиваемый усилитель, который сами авторы назвали «бесшумным».

Традиционные усилители в процессе усиления электромагнитного сигнала, добавляют к нему нежелательный шум или случайные флуктуации. Усилители, которые не добавляют шумовую компоненту, теоретически известны довольно давно, однако технология, предлагаемая NIST и партнерами, дает гораздо более высокие параметры усиления и является первой в мире регулируемой системой, настраиваемой в диапазоне 4–8 ГГц, в соответствии с данными, приводимыми группой исследователей. Работа опубликована: M.A. Castellanos-Beltran, K.D. Irwin, G.C. Hilton, L.R. Vale and K.W. Lehnert. Amplification and squeezing of quantum noise with a tunable Josephson metamaterial. Nature Physics, online: 5 Oct. 5 2008; doi:10.1038/nphys1090. Предлагаемое устройство является также первым усилителем (среди усилителей любого типа), который усиливает сигнал до величины, значительно превышающей уровень шума, генерируемого следующим усилителем в цепочке преобразования сигнала.

Руководитель проекта – Конрад Ленерт (Konrad Lehnert), из Университета штата Колорадо. Проект в рамках научного гранта финансировали NIST и Национальный Научный Фонд.

Усилители с большим уровнем шума требуют от исследователей повторяющихся измерений, например, чувствительных квантовых состояний микроволновых полей, то есть измерений амплитуды (или мощности) для калибровки по форме волны и фазы (или точки отсчета во времени начала каждой волны). Законы квантовой механики утверждают, что оба источника шума- амплитудный и фазовый не могут быть равны нулю одновременно. В предлагаемом усилителе, однако, используется «лазейка», даваемая теми же законами- если производится измерение и усиление только одного из этих параметров- амплитуды, в этом случае, теоретически, усилитель способен не давать шума. В действительности, рассматриваемый усилитель не бесшумен, просто уровень шума, вносимый им- всего порядка половины того уровня, который ожидаем по результатам измерения обеих характеристик- и амплитуды и фазы.

По мнению руководителя проекта Конрада Ленерта, новый усилитель может обеспечить более быстрое преобразование сигнала и, сответственно, более быстрые измерения в некоторых типах квантовых компьютеров. Если такие квантовые компьютеры будут построены, то некоторые проблемы, которые считаются неразрешимыми сегодня, могут быть решены, а в области квантовых коммуникаций могут быть созданы системы с невзламываемой кодировкой. Кроме того, могут быть решены задачи по «сжатию» микроволновых полей, в частности, путем «размена» уменьшения шума в фазе сигнала на его увеличение в амплитуде этого сигнала. Комбинируя же обе характеристики, ученые предполагают управлять характеристиками сигнала с необходимой точностью, что важно для квантовых компьютеров и систем связи. Смешение микроволновых сигналов в отличие от оптических сигналов предлагает некоторые практические достоинства квантовым компьютерам, такие, например, как относительно простые требования к оборудованию.

Новый усилитель представляет собой 5-мм ниобиевый резонатор, линейно центрированный с 480 магнитными сенсорами (магнетометрами), которые известны как cверхпроводящие квантовые интерференционные устройства (superconducting quantum interference devices – SQUID). Цепочка SQUID –ов действует как «метаматериал», то есть структура, не существующая в природе, но оказывающая определенное влияние на поток электромагнитной энергии. Микроволновое излучение рикошетирует внутри резонатора, отражаясь от его стенок произвольным образом. Скорость и направление магнитных полей, а также интенсивность микроволнового излучения регулируется при помощи цепочки SQUID. В определенный момент времени производится инжекция интенсивного референтного пучка с определенной частотой, которая мощность суммарного пучка изменяться с удвоенной частотой референтного излучения. Порция сигнала, которая синхронна с референтным пучком, усиливается резонатором.

Евгений Биргер

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4 (7 votes)
Источник(и):

NIST: http://www.nist.gov/…008_1014.htm#amp