Kuantum bilgi işleme ve iletişim bağlamında açık bir zorluk, çevreden gelen gürültü varlığında kuantum bilgilerini korumaktır, bu da kırılgan durumunu kolayca bozabilir, böylece gelecekteki kuantum teknolojileri ve protokolleri için bir kaynak olarak faydasını tehlikeye atar. Umut verici yeni bir yaklaşım, Yerel olmayan topolojison zamanlarda potansiyel bir çözüm olarak dikkat çekti. Bununla birlikte, bu tür özelliklerin sağlamlığı, bu tür iddiaları gerçek dünya senaryoları bağlamında destekleyen kanıtlar olmadan varsayılmaktadır. Bu çalışmada, yerel olmayan kuantum skyrmion topolojisinin gerçek dünya gürültüsünün etkilerine dayanabileceğinin ilk gösterisini sunuyoruz. Dayanıklılıklarını, devlet üretimindeki kusurlar ve hatalı dedektörler gibi çeşitli aksamaları karakterize eden gürültüye karşı test ettik. Bulgularımız, kuantum bilgi işleme için umut verici bir aday olarak yerel olmayan topolojiyi vurgulamaktadır.
Şekil 1: Gürültülü bir kanaldan geçen bir çift dolaşmış fotondan oluşan bir kuantum durumunun kavramsallaştırılması. Dolaşmış durum gürültüden geçtikten sonra bozulurken, devletin topolojisi bozulmadan bırakılır.
Topolojik esneklik kanıtı
Bu kuantum durumlarının ve topolojilerinin, sinyal kalitesini azaltan ve sonuçta durumu bozan genel bir gürültü kaynağı getirerek gürültüye ne kadar dayanabileceğini test ettik. Bu tür gürültü, iletişim kanalında ve dedektörlerde kusurları içeren birçok gerçek dünya sisteminde yaygındır. Örnekler arasında istenmeyen ekstra fotonlar, dedektörlerde elektronik gürültü, arka plan ışığı (güneş ışığı gibi) ve foton kaybı sayılabilir.
Şekil 2 (a), artan gürültü varlığında farklı topolojik gözlemlenebilirlerin sağlamlığını gösteren sonuçların bir özetini göstermektedir (kuantum kontrastı ile ölçülür, QC) sadece sistemde saptanabilir bir sinyal olmadığında kaybolur. Bu, Şekil 2 (b) 'de gösterildiği gibi, geleneksel dolaşma önlemlerinin bozulmasıyla yakalanan durumun bozulmasıyla tam bir tezat oluşturmaktadır.
Şekil 2: (a) Kuantum kontrastı ile ölçülen sinyal-gürültü oranına karşı değişen siparişler için kuantum skyrmion sayısının değişmezliği. (b) Devletin bozulması, devletin olağan dolaşma önlemlerinde bir düşüş ile karakterize edilir.
Topolojik esnekliğin gürültüye yorumlanması
Bu çalışmanın önemli bir amacı, sadece kuantum skyrmions'ın gürültü yoluyla sağlamlığını göstermekle kalmayıp, aynı zamanda bu sağlamlığın arkasında bir sezgi geliştirmek, böylece topolojik sağlamlık için kanıt sağlamaya odaklanan gelecekteki çalışmalara ilham vermekti.
Bunu görselleştirmenin bir yolu, bir foton haritasının kuantum durumunun uzayda diğerinin durum alanına nasıl işaret ettiğini düşünmektir. Bu ilişki, Şekil 3'ün sol tarafında gösterildiği gibi bir küre olarak temsil edilebilir. Gürültü sokulduğunda, küreyi yavaş yavaş küçülür, sonunda tek bir noktaya indirir – sadece gürültünün kaldığı bir durumu temsil eder ve sinyal kalmamıştır. Bununla birlikte, küre küçülse bile, temel şekli değişmeden kalır. Bu, devletin topolojisinin neden esnek kaldığını anlamak için sezgisel bir yol sağlar: gürültü geometriyi çarpıtabilirken (küreyi daha küçük hale getirerek), hala bir küre olduğu gerçeğini değiştirmez ve temel topolojik özelliklerini korur.
Şekil 3: İzotropik gürültünün durum üzerindeki etkisi. Gürültü yokluğunda, saf bir durum birim yarıçapı küresi ile temsil edilir. Gürültü varlığında, durum kısmen yarıçap <1 olan bir küre ile temsil edilir ve gürültü sisteme hakim olursa, durum sıfır yarıçaplı bir nokta ile maksimum karıştırılır.
Çalışmamız gürültülü ortamlarda kuantum bilgi işleme ve iletişim için yeni bir yaklaşım sunmaktadır. Gürültüden etkilenmeyen devletin topolojik özelliklerinden yararlanarak, karmaşık gürültü düzeltme yöntemlerine güvenmeden kuantum bilgilerini korumanın bir yolunu gösteriyoruz.
Bir yanıt yazın