Основным подходом к преодолению этих ограничений является применение так называемых квантовых кодов исправления ошибок. Это, однако, требует количества ресурсов, превышающего то, что в настоящее время может быть достигнуто контролируемым образом. Хотя в долгосрочной перспективе исправление ошибок, вероятно, станет неотъемлемой частью будущих квантовых устройств, дополнительный подход заключается в уменьшении шума, то есть кумулятивного эффекта неисправленных ошибок, без использования стольких дополнительных ресурсов.
Они называются схемами шумоподавления.
Снижение шума без дополнительных ресурсов с помощью простых квантовых схем
Недавно был предложен новый подход в этом направлении исследований для уменьшения шума в схеме связи между двумя сторонами.
Представьте себе две стороны, которые хотят общаться, обмениваясь квантовой частицей, но при этом частица должна быть отправлена по каким-то неисправным линиям передачи.
Недавно группа исследователей из Гонконгского университета предположила, что общего снижения шума можно достичь, направляя частицу по квантовой суперпозиции путей через области шума в обратном порядке.
В частности, если классически частица может перемещаться только по одному пути, в квантовой механике она может двигаться одновременно по нескольким путям. Если использовать это свойство, чтобы направить частицу по двум квантовым путям, можно, например, провести частицу через шумные области в противоположном порядке одновременно. Этот эффект был экспериментально продемонстрирован двумя независимыми исследовательскими исследованиями.
Эти результаты предполагают, что для достижения такого снижения шума необходимо поместить зашумленные линии передачи в квантовую суперпозицию противоположных порядков. Вскоре после этого исследовательские группы в Вене и Гренобле поняли, что этого эффекта также можно достичь с помощью более простых конфигураций, которые могут даже полностью устранить шум между двумя сторонами.
Все эти схемы были реализованы экспериментально и сравнивались друг с другом исследовательской группой под руководством Филипа Вальтера из Венского университета. В этой работе сравниваются разные способы прохождения через две зашумленные области в квантовой суперпозиции для различных типов шума.
Экспериментальные результаты также подтверждаются численным моделированием, чтобы расширить исследование на более общие типы шума. Неожиданно было обнаружено, что простейшие схемы квантовой суперпозиции зашумленных каналов также обеспечивают лучшее снижение шума, влияющего на связь.
«Исправление ошибок в современных квантовых технологиях – одна из самых насущных потребностей современных схем квантовых вычислений и коммуникаций.
Наша работа показывает, что, по крайней мере, в случае квантовой связи, уже с помощью технологий, которые используются в настоящее время, возможно, удастся смягчить эту проблему без необходимости в дополнительных ресурсах », – говорит Джулия Рубино, первый автор публикации в Physical Review Research. Простота продемонстрированного метода позволяет немедленно использовать его в современных системах связи на большие расстояния и обещает потенциальные дальнейшие приложения в квантовых вычислениях и квантовой термодинамике.