Charge Qubits Get A Thousand-fold Boost – Physics World

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Kunstniku laengukubitide kujutis, millel on kaks sfääri – üks roheline, teine sinine – hõljumas kiibi kohal — Kvanti säilitamine: kunstniku kahe laengukubiti renderdamine pika koherentsusajaga ja tugeva sidestusega. (Viisakalt: Dafei Jin / Argonne'i riiklik labor ja Notre Dame'i ülikool)

USA teadlased on tänu nende ehitamiseks kasutatud materjalide arengule parandanud laengukvantbittide (kubittide) koherentsusaega 1000 korda. Eesotsas Dafei Jin Argonne'i nanomõõtmeliste materjalide keskusest ja david schuster Stanfordi ülikoolist ja Chicago ülikoolist koosnev meeskond näitas ka, et nende kubitite olekut oli võimalik lugeda 98.1% täpsusega – väärtus suureneb Jini sõnul keerukamate lugemistehnoloogiate abil veelgi.

Koherentsusaeg on kvantarvutuses ülimalt oluline, kuna see näitab, kui kaua võib kubit olla mitme oleku superpositsioonis, enne kui keskkonnamüra põhjustab selle dekohereerumise või oma kvantloomuse kaotamise. Selle aja jooksul suudab kvantarvuti teha keerukaid arvutusi, mida klassikalised arvutid ei suuda.

Paljud kvantsüsteemid võivad toimida kubitidena. Näiteks spin-kubitid kodeerivad elektroni või tuuma spinni kvantinformatsiooni, mis võib olla üles, alla või nende kahe superpositsioon. Laengubiidid esindavad omakorda kvantteavet kubitisüsteemis sisalduva elektroni liigse laengu olemasolu või puudumise kaudu. Nad on suhteliselt uued – meeskonna liikmed lõi esimese aastal 2022 – ja Jin ütleb, et neil on spin-kubittide ees mitmeid eeliseid.

"Laadimiskubitid võimaldavad tavaliselt palju suuremat töökiirust, kuna laengud seostuvad tugevalt elektriväljadega," selgitab ta. "See on spin-kubittide ees eelis, kuna spinnid seostuvad magnetväljadega nõrgalt. Laadimiskubitiseadmeid on üldiselt palju lihtsam valmistada ja kasutada, kuna enamik olemasolevaid tootmis- ja tööinfrastruktuure põhinevad pigem laengutel ja elektriväljadel, mitte spinnidel ja magnetväljadel. Neid saab sageli kompaktsemaks muuta.

Ultraclean on ülivaikne

Jin selgitab, et teadlased lõid oma laengukubitid, püüdes elektroni kvantpunktis, mis on nanomõõtmeline aatomite kogum, mis käitub nagu üks kvantosake. Kvantpunkt toetub tahkest neoonist valmistatud pinnale ja asetatakse vaakumisse.

Jini sõnul on see ülipuhas keskkond katse edu võtmeks. Neoon kui väärisgaas ei moodusta keemilisi sidemeid teiste elementidega. Tegelikult, nagu meeskond märgib punktis a Loodusfüüsika Uurimistöö kohta öeldi, et neoon kondenseerub madalatemperatuurilises ja vaakumilähedases keskkonnas ülipuhtaks poolkvant-tahkeks aineks, milles puudub kõik, mis võiks kubitisse müra tekitada. See müra puudumine võimaldas meeskonnal suurendada laengu kubiti koherentsusaega varasemate pingutuste jaoks tüüpiliselt 100 nanosekundilt 100 mikrosekundini.

Veelgi enam, teadlased lugesid nende kubittide seisu 98.1% täpsus kasutamata kvantpiiranguga võimendit, mida Jin kirjeldab kui "spetsiaalset seadet, mis on paigutatud väga madalale temperatuurile (meie puhul 10 millikelvinile), mis võib võimendada nõrku elektromagnetilisi signaale, kuid tuua sisse peaaegu nulli soojusmüra". Kuna sellised seadmed suurendavad lugemisvõimet, on 98.1% täpsus ilma nendeta Jin sõnul eriti muljetavaldav. "Meie tulevastes katsetes, kui me neid kasutame, võib meie näidu täpsus tõusta palju kõrgemale, " lisab ta.

Järgmine verstapost

Kui koherentsusaja tuhandekordne suurenemine on juba suur edasiminek võrreldes varasemate laadimiskubitisüsteemidega, ootavad teadlased tulevikus veelgi rohkem. Jini sõnul näitavad meeskonna teoreetilised arvutused, et laengu kubitisüsteem võib jõuda koherentsusaega 1–10 millisekundit, mis on veel üks tegur, mis on 10–100 korda suurem kui praeguste väärtustega. Selle mõistmiseks peavad teadlased aga saavutama parema kontrolli katse kõigi aspektide üle, alates seadme kavandamisest ja valmistamisest kuni kubitikontrollini.

Tööstuslikus mastaabis toodetud ränist spin-kubitid

Peale selle otsivad Jin ja kolleegid jätkuvalt võimalusi süsteemi veelgi paremaks täiustamiseks.

"Järgmine suurim verstapost on näidata, et kaks laengu kubitti võivad olla kokku põimunud," ütleb Jin. "Oleme selle kallal töötanud ja teinud palju edusamme. Kui oleme selle saavutanud, on meie qubit-platvorm universaalseks kvantarvutuseks valmis, kuigi mõnda üksikasjalikku jõudlust saab veelgi parandada.