Τα qubit φόρτισης αποκτούν χιλιοπλάσια ώθηση - Physics World

Ερευνητές στις ΗΠΑ βελτίωσαν τον χρόνο συνοχής των κβαντικών δυαδικών ψηφίων φορτίου (qubits) κατά 1000, χάρη στην πρόοδο στα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους. Με επικεφαλής τον Νταφέι Τζιν του Argonne Center for Nanoscale Materials και Ντέιβιντ Σούστερ του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ και του Πανεπιστημίου του Σικάγο, η πολυϊδρυματική ομάδα έδειξε επίσης ότι ήταν δυνατή η ανάγνωση της κατάστασης αυτών των qubits με πιστότητα 98.1% – μια τιμή που ο Jin λέει ότι θα αυξηθεί περαιτέρω με τη βοήθεια πιο εξελιγμένων τεχνολογιών ανάγνωσης.

Ο χρόνος συνοχής είναι ζωτικής σημασίας στους κβαντικούς υπολογιστές, καθώς υποδηλώνει πόσο καιρό ένα qubit μπορεί να παραμείνει σε μια υπέρθεση πολλαπλών καταστάσεων προτού ο περιβαλλοντικός θόρυβος το κάνει να αποσυντεθεί ή να χάσει την κβαντική του φύση. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να εκτελέσει πολύπλοκους υπολογισμούς που οι κλασικοί υπολογιστές δεν μπορούν.

Πολλά κβαντικά συστήματα μπορούν να λειτουργήσουν ως qubits. Τα spin qubits, για παράδειγμα, κωδικοποιούν κβαντικές πληροφορίες στο σπιν ενός ηλεκτρονίου ή ενός πυρήνα, το οποίο μπορεί να είναι πάνω, κάτω ή μια υπέρθεση των δύο. Τα qubit φορτίου, από την πλευρά τους, αντιπροσωπεύουν κβαντικές πληροφορίες μέσω της παρουσίας ή απουσίας περίσσειας φορτίου σε ένα ηλεκτρόνιο που περιέχεται στο σύστημα qubit. Είναι σχετικά νέοι – μέλη της ομάδας δημιούργησε το πρώτο το 2022 – και ο Jin λέει ότι έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα spin qubits.

«Τα qubit φόρτισης επιτρέπουν συνήθως πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα λειτουργίας επειδή τα φορτία συνδέονται έντονα με τα ηλεκτρικά πεδία», εξηγεί. «Αυτό είναι πλεονεκτικό σε σχέση με τα spin qubits επειδή οι περιστροφές συνδέονται ασθενώς με τα μαγνητικά πεδία. Οι συσκευές qubit φόρτισης είναι γενικά πολύ πιο εύκολο να κατασκευαστούν και να λειτουργήσουν, επειδή οι περισσότερες υπάρχουσες υποδομές κατασκευής και λειτουργίας βασίζονται σε φορτία και ηλεκτρικά πεδία, παρά σε περιστροφές και μαγνητικά πεδία. Συχνά μπορούν να γίνουν πιο συμπαγείς».

Το Ultraclean είναι εξαιρετικά ήσυχο

Ο Jin εξηγεί ότι οι ερευνητές δημιούργησαν τα qubit φορτίου τους παγιδεύοντας ένα ηλεκτρόνιο μέσα σε μια κβαντική κουκκίδα, η οποία είναι μια συλλογή ατόμων νανοκλίμακας που συμπεριφέρεται σαν ένα μόνο κβαντικό σωματίδιο. Η κβαντική κουκκίδα στηρίζεται σε μια επιφάνεια κατασκευασμένη από συμπαγές νέον και τοποθετείται σε κενό.

Σύμφωνα με τον Jin, αυτό το εξαιρετικά καθαρό περιβάλλον είναι το κλειδί για την επιτυχία του πειράματος. Το νέον, ως ευγενές αέριο, δεν θα σχηματίσει χημικούς δεσμούς με άλλα στοιχεία. Μάλιστα, όπως επισημαίνει η ομάδα στο α Φυσική της Φύσης έγγραφο για την έρευνα, το νέον σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας και σχεδόν κενού θα συμπυκνωθεί σε ένα υπερκαθαρό ημι-κβαντικό στερεό χωρίς οτιδήποτε θα μπορούσε να εισάγει θόρυβο στο qubit. Αυτή η έλλειψη θορύβου επέτρεψε στην ομάδα να αυξήσει τον χρόνο συνοχής του qubit φόρτισης από τα 100 νανοδευτερόλεπτα που είναι τυπικά των προηγούμενων προσπαθειών στα 100 μικροδευτερόλεπτα.

Επιπλέον, οι ερευνητές διάβασαν την κατάσταση αυτών των qubits με 98.1% πιστότητα χωρίς τη χρήση κβαντικού περιορισμένου ενισχυτή, τον οποίο ο Jin περιγράφει ως «μια ειδική συσκευή τοποθετημένη σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία (στην περίπτωσή μας 10 millikelvin) που μπορεί να ενισχύσει ασθενή ηλεκτρομαγνητικά σήματα αλλά να φέρει σχεδόν μηδενικό θερμικό θόρυβο». Επειδή τέτοιες συσκευές ενισχύουν την ικανότητα ανάγνωσης, η απόκτηση πιστότητας 98.1% χωρίς αυτές, λέει ο Jin, είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακή. «Στα μελλοντικά μας πειράματα, μόλις τα χρησιμοποιήσουμε, η πιστότητα ανάγνωσης μπορεί να είναι πολύ υψηλότερη», προσθέτει.

Το επόμενο ορόσημο

Ενώ η χίλιες φορές αύξηση του χρόνου συνοχής είναι ήδη μια σημαντική βελτίωση σε σχέση με τα προηγούμενα συστήματα qubit φόρτισης, οι ερευνητές αναμένουν ακόμη περισσότερα στο μέλλον. Σύμφωνα με τον Jin, οι θεωρητικοί υπολογισμοί της ομάδας υποδηλώνουν ότι το σύστημα qubit φόρτισης θα μπορούσε να φτάσει σε χρόνο συνοχής 1-10 χιλιοστών του δευτερολέπτου, που αντιπροσωπεύει έναν άλλο παράγοντα βελτίωσης 10-100 σε σχέση με τις τρέχουσες τιμές. Για να το συνειδητοποιήσουν, ωστόσο, οι επιστήμονες θα πρέπει να αποκτήσουν καλύτερο έλεγχο σε κάθε πτυχή του πειράματος, από το σχεδιασμό και την κατασκευή της συσκευής μέχρι τον έλεγχο qubit.

Πέρα από αυτό, ο Jin και οι συνεργάτες του συνεχίζουν να αναζητούν τρόπους για να βελτιώσουν το σύστημα ακόμη περισσότερο.

«Το μεγαλύτερο ορόσημο στη συνέχεια είναι να δείξουμε ότι δύο qubit φόρτισης μπορούν να μπλέξουν μεταξύ τους», λέει ο Jin. «Δουλεύαμε πάνω σε αυτό και είχαμε μεγάλη πρόοδο. Μόλις το πετύχουμε αυτό, η πλατφόρμα qubit μας είναι έτοιμη για καθολικούς κβαντικούς υπολογιστές, παρόλο που ορισμένες λεπτομερείς επιδόσεις μπορούν να συνεχίσουν να βελτιώνονται».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/