由澳大利亚国立大学 (ANU) 的一组科学家领导的新研究概述了一种使用量子计算机实现对微观物体更准确测量的方法——这一步骤可能在包括生物医学在内的大量下一代技术中被证明是有用的传感。
检查像汽车这样的大型日常物体的各种单独属性非常简单：汽车具有明确定义的位置、颜色和速度。 然而，当试图检查像光子这样的微观量子物体时，这就变得更加棘手了——微小的光粒子。
这是因为量子物体的某些属性是相互关联的，测量一个属性可能会干扰另一个属性。 例如，测量电子的位置会影响其速度，反之亦然。
此类属性称为共轭属性。 这是海森堡著名的不确定性原理的直接体现——不可能以任意精度同时测量量子物体的两个共轭特性。
根据主要作者和 ANU 博士的说法。 研究员 Lorcán Conlon，这是量子力学的决定性挑战之一。
“我们能够设计一种测量方法来更准确地确定量子物体的共轭特性。 值得注意的是，我们的合作者能够在世界各地的各个实验室实施这种测量，”Conlon 说。
“更多的 精确测量 是至关重要的，并且可以反过来为各种技术开辟新的可能性，包括生物医学传感、激光测距和量子通信。”
这项新技术围绕着量子系统的一个奇怪怪癖，称为纠缠。 据研究人员称，通过纠缠两个相同的 量子物体 并将它们一起测量，科学家们可以比单独测量它们更精确地确定它们的特性。
“通过纠缠两个相同的量子系统，我们可以获得更多信息，”共同作者 Syed Assad 博士说。 “在测量量子系统的任何属性时，都会有一些不可避免的噪音。 通过将两者纠缠在一起，我们能够减少这种噪音并获得更准确的测量结果。”
理论上，可以纠缠和测量三个或更多的量子系统以获得更好的精度，但在这种情况下，实验与理论不符。 尽管如此，作者相信未来的量子计算机将能够克服这些限制。
“未来，带有纠错量子比特的量子计算机将能够对越来越多的副本进行有益的测量，”Conlon 说。
根据 A*STAR 材料研究与工程研究所 (IMRE) 首席量子科学家 Ping Koy Lam 教授的说法，这项工作的主要优势之一是在嘈杂的场景中仍然可以观察到量子增强。
“对于实际应用，例如生物医学测量，即使信号不可避免地嵌入嘈杂的现实环境中，我们也能看到优势，这一点很重要，”他说。
该研究由 ARC 量子计算和通信技术卓越中心 (CQC2T) 的专家与 A*STAR 材料研究与工程研究所 (IMRE)、耶拿大学、因斯布鲁克大学的研究人员合作进行。和麦考瑞大学。 Amazon Web Services 通过提供研究和架构支持以及使用 Amazon Bracket 提供 Rigetti Aspen-9 设备进行合作。
研究人员在 19 台不同的量子计算机上测试了他们的理论，跨越三个不同的平台：超导、俘获离子和光子量子计算机。 这些世界领先的设备遍布欧洲和美洲，并可通过云访问，让全球各地的研究人员能够连接起来并开展重要研究。
