اک کوانٹم بلی جو منٹاں تیکر اپنی تھاں ٹکی رہندی اے
کوانٹم کمپیوٹر تاں ای کم دا ہووے گا جے اوہ اپنیاں غلطیاں آپ درست کر سکے۔ ایہدے لئی بہت سارا ہارڈویئر لگدا اے — جدوں تیکر غلطیاں اک پاسے جھکیاں (lopsided) نہ ہون۔ جے اک قسم دی غلطی لگ بھگ کدی نہ ہووے، تے درستی کرن والے کوڈ نوں صرف دوجی قسم نال لڑنا پیندا اے، تے اوہ کِتے سادہ ہو سکدا اے۔
جیہناں نوں بلی کیوبٹ (cat qubits) آکھیا جاندا اے، اوہ اک پاسے جھکے ہون لئی ای بنائے جاندے نیں۔ اوہ جانکاری اک سپر کنڈکٹنگ (superconducting) سرکٹ وچ سانبھدے نیں جو اک مائیکرو ویو فیلڈ رکھدا اے، اوس فیلڈ دیاں دو الٹ ڈولاں وانگ۔ 0 نوں 1 وچ بدلنا — اک بِٹ پلٹ (bit flip) — دا مطلب اے اک ڈول توں دوجی اُتے چھال مارنا۔ فیلڈ وچ جِنے ودھ فوٹون، دوویں حالتاں اک دوجی توں اونیاں ای دور: بِٹ پلٹاں فوٹوناں دی گنتی نال ایکسپونینشل (exponential) طور اُتے ورلیاں ہوندیاں جاندیاں نیں، جدکہ دوجی غلطی، فیز پلٹ (phase flip)، صرف تناسب نال ودھدی اے۔
دو وادیاں، اک کمزور تھاں
بلی نوں تھاں سر رکھن دے دو طریقے نیں۔ «ڈسیپیٹو» (dissipative) بلیاں نوں نقصان والا (lossy) اک ساتھی لگاتار اوہناں دیاں دو حالتاں ول واپس دھکدا رہندا اے؛ اوہ پہلاں ای 100 سیکنڈ توں ودھ ٹکدیاں نیں۔ ایہدے الٹ «Kerr» بلیاں توانائی دے اک لینڈ سکیپ (landscape) وچ بیٹھدیاں نیں جیہدے وچ اک رکاوٹ (barrier) نال وکھریاں دو وادیاں ہوندیاں نیں، جو اک نان لینیئر (nonlinear) سرکٹ نوں ڈرائیو کر کے بنائیاں جاندیاں نیں۔ اوہناں دا فائدہ تیز کنٹرول اے۔ اوہناں دی کمزوری: صرف ملی سیکنڈاں بعد بِٹ پلٹ — اک حالیہ سدھار 3.6 ms تیکر اپڑیا، جو اجے وی پنج درجے (orders of magnitude) پچھے اے۔
وجہ ایہہ اے کہ کوئی شے بھٹکی ہوئی توانائی نوں نہیں ہٹاؤندی۔ شور بلی نوں اوہدی وادی دے اندر اکسائیٹڈ (excited) حالتاں وچ دھکا ماردا اے، تے اوتھوں دوجی وادی وچ تلک جانا بہت سوکھا ہو جاندا اے۔ ہور ماڑی گل ایہہ کہ تیز ڈرائیو اُتے، کیوبٹ عام طور اُتے اپنے پڑھن والے سرکٹ نال گونجاں (resonances) وچ آ جاندا اے جو حفاظت نوں بُری طرحاں نقصان پہنچاؤندیاں نیں۔
پڑھن والا سرکٹ اک نالی وانگ
اسرائیل دے وائزمین انسٹیٹیوٹ آف سائنس (Weizmann Institute of Science) دے Sergey Hazanov، Mikhail Svintsov تے ساتھیاں نے ایس مسئلے نوں الٹا کر دتا۔ اوہی نان لینیئر تعامل جو دوویں وادیاں پٹدا اے، ہر وادی دے اندرلیاں اکسائیٹیشناں (excitations) نوں پڑھن والے ریزونیٹر (readout resonator) نال وی جوڑدا اے، اک اجیہا سرکٹ جو لگاتار فوٹوناں نوں ناپ والی لائن (measurement line) وچ رساؤندا رہندا اے۔
جدوں کسے اکسائیٹیشن دی توانائی ڈرائیو تے پڑھن والے ریزونیٹر دے وچکارلے پاڑے (gap) نال میل کھاندی اے — اک «آٹوپیرامیٹرک» (autoparametric) گونج — تے اکسائیٹیشن اک پڑھن والے فوٹون وانگ اگے پھڑا دتی جاندی اے، جو نکل جاندا اے۔ آپ 0 جاں 1 نوں کوئی ہتھ نہیں لاؤندا۔ اک دوجی نالی اوس فلٹر راہیں بن جاندی اے جو آؤٹ پٹ لائن اُتے لگا ہویا اے۔
ٹیم نے ایہنوں سدھا ناپیا: گونج اُتے، پہلی اکسائیٹڈ حالت اونی چھیتی خالی ہوندی اے جِنی پڑھن والا سرکٹ اجازت دیندا اے، تے اُچیاں حالتاں اک لڑی (cascade) وچ خالی ہوندیاں نیں۔ اوہناں دی چِپ — سلیکان اُتے ایلومینیم، 10 ملی کیلون تیکر ٹھنڈی کیتی ہوئی — نوں کسے وادھو ٹھنڈک ڈرائیو تے کسے وادھو سرکٹ پرزے دی لوڑ نہیں پئی۔
ست درجے (orders of magnitude)
گونجاں توں دور، بِٹ پلٹاں اجے وی ملی سیکنڈاں دے اندر آؤندیاں سن۔ اوہناں دے نیڑے، حفاظت اسمان چھوہ گئی:
- پڑھن والی گونج اُتے 519 ملی سیکنڈ (22.4 فوٹون)؛
- دوہاں گونجاں دے وچکار 15.4 سیکنڈ (27.3 فوٹون)؛
- فلٹر والی گونج اُتے 100 سیکنڈ دی ناپ والی کھڑکی دے اندر سانبھی ہوئی حالت دا کوئی ناپن جوگ زوال نہیں (33.8 فوٹون)، یعنی بِٹ پلٹن دا ویلا 100 سیکنڈ توں ودھ۔
بار بار پڑھن دے لمے ریکارڈاں وچ ورلیاں پلٹاں گِن کے — 15 گھنٹیاں وچ 62 پلٹاں — ٹیم نے اوس آخری نقطے اُتے بِٹ پلٹ ویلے دا اندازہ لایا: 448 ± 57 سیکنڈ، پچھلیاں Kerr بلیاں نالوں پنج درجیاں (orders of magnitude) توں ودھ۔
فوٹوناں دی گنتی نال ایکسپونینشل طور اُتے گھٹدیاں بِٹ پلٹاں Kerr بلیاں دی اک بنیادی پیش گوئی نیں، پر اوہ کدی ویکھیاں نہیں گئیاں سن۔ ایتھے اوہ نظر آ گئیاں: ہر وادھو فوٹون نے بِٹ پلٹ ویلے نوں 1.82 ± 0.06 نال ضرب دتا، 7.4 فوٹوناں اُتے 52 مائیکرو سیکنڈ توں 33.8 اُتے 448 سیکنڈ تیکر، لگ بھگ ست درجے، تے کتے وی ٹھہراؤ دا کوئی نشان نہیں۔
تیز گیٹ، نرم پڑھائی
جے کیوبٹ ورتیا ای نہ جا سکے تے حفاظت بے فائدہ اے۔ ٹھنڈے کیتے کیوبٹ دی اک بنیادی گھمائی (rotation) نوں 8 نینو سیکنڈ لگے، تے اوس گھمائی والی ڈرائیو نوں سارا ویلا چالو رکھن نال بِٹ پلٹ ویلا گھٹیا نہیں (ڈرائیو نال 0.65 s، ایہدے بنا 0.64 s)۔ کیوبٹ نوں 4 مائیکرو سیکنڈ وچ پڑھن نال، ہر 10 ملین وچوں صرف 5 پڑھائیاں وچ پلٹ آئی۔
دوجی غلطی
قیمت فیز پلٹ اے۔ ایہہ اکلے فوٹوناں دے گواچن نال لگی متوقع حد دے مطابق چلدی اے، لگ بھگ T₁/(2n̄)، جتھے T₁ سرکٹ وچ فوٹون دی عمر (لگ بھگ 8 مائیکرو سیکنڈ) اے تے n̄ فوٹوناں دی گنتی۔ 24.2 فوٹوناں اُتے، بلی بِٹ پلٹاں دے خلاف 3.55 سیکنڈ ٹکی پر فیز پلٹاں دے خلاف صرف 113 نینو سیکنڈ: لگ بھگ 30 ملین توں اک دا جھکاؤ (bias)۔
لکھاری پاڑا بند کرن دے دو راہ دسدے نیں۔ 55.7 مائیکرو سیکنڈ دیاں فوٹون عمراں ہور تھاواں اُتے پہلاں ای وکھائیاں جا چکیاں نیں، ایتھے نالوں لگ بھگ ست گُنا لمیاں۔ تے ودھ ٹھنڈے سرکٹ گھٹ بھٹکیاں اکسائیٹیشناں چھڈن گے، شاید گھٹ فوٹوناں نال اوہی حفاظت دیندے ہوئے — تے ایس لئی گھٹ فیز پلٹاں۔