Latauskubitit saavat tuhatkertaisen lisäyksen – Physics World

Yhdysvaltalaiset tutkijat ovat parantaneet varauskvanttibittien (kubittien) koherenssiaikaa kertoimella 1000 niiden rakentamiseen käytettyjen materiaalien kehityksen ansiosta. Johdolla Dafei Jin Argonne Center for Nanoscale Materials ja David schuster Stanfordin yliopiston ja Chicagon yliopiston monitoimitiimi osoitti myös, että näiden kubittien tila oli mahdollista lukea 98.1 prosentin tarkkuudella – arvo Jin sanoo kasvavan entisestään kehittyneempien lukutekniikoiden avulla.

Koherenssiaika on erittäin tärkeä kvanttilaskennassa, koska se ilmaisee, kuinka kauan kubitti voi pysyä useiden tilojen superpositiossa ennen kuin ympäristömelu saa sen dekoheroitumaan tai menettää kvanttiluonteensa. Tänä aikana kvanttitietokone voi suorittaa monimutkaisia ​​laskelmia, joita klassiset tietokoneet eivät pysty.

Monet kvanttijärjestelmät voivat toimia kubitteina. Spin-kubitit esimerkiksi koodaavat kvanttiinformaatiota elektronin tai ytimen spinissä, joka voi olla ylös, alas tai näiden kahden superpositio. Varauskubitit puolestaan ​​edustavat kvanttiinformaatiota kubittijärjestelmän sisältämän elektronin ylimääräisen varauksen läsnäolon tai puuttumisen kautta. He ovat suhteellisen uusia – joukkueen jäseniä loi ensimmäisen vuonna 2022 – ja Jin sanoo, että heillä on useita etuja spin-kubiteihin verrattuna.

"Latauskubitit mahdollistavat tyypillisesti paljon suuremman toimintanopeuden, koska lataukset yhdistyvät vahvasti sähkökenttien kanssa", hän selittää. "Tämä on edullista spinkubitteihin verrattuna, koska spinit pariutuvat heikosti magneettikenttien kanssa. Varauskubittilaitteet ovat yleensä paljon helpompia valmistaa ja käyttää, koska useimmat olemassa olevat valmistus- ja käyttöinfrastruktuurit perustuvat varauksiin ja sähkökenttiin kierrosten ja magneettikenttien sijaan. Niistä voidaan usein tehdä kompakteja.”

Ultraclean on erittäin hiljainen

Jin selittää, että tutkijat loivat varauskubitit vangitsemalla elektronin kvanttipisteeseen, joka on nanokokoinen atomien kokoelma, joka käyttäytyy kuin yksi kvanttihiukkanen. Kvanttipiste lepää kiinteästä neonista tehdyllä pinnalla ja sijoitetaan tyhjiöön.

Jinin mukaan tämä erittäin puhdas ympäristö on avain kokeen menestykseen. Neon jalokaasuna ei muodosta kemiallisia sidoksia muiden alkuaineiden kanssa. Itse asiassa, kuten ryhmä huomauttaa kohdassa a Luontofysiikka Tutkimuspaperissa neon tiivistyy matalassa lämpötilassa ja lähes tyhjiössä erittäin puhtaaksi puolikvanttikiintoaineeksi, josta puuttuu mitään, mikä voisi tuoda kohinaa kubittiin. Tämä kohinan puute antoi tiimille mahdollisuuden lisätä latauskubitin koherenssiaikaa aikaisempien ponnistelujen tyypillisestä 100 nanosekunnista 100 mikrosekuntiin.

Lisäksi tutkijat lukivat näiden kubittien tilan 98.1% tarkkuus käyttämättä kvanttirajoitettua vahvistinta, jota Jin kuvailee "erityiseksi laitteeksi, joka on sijoitettu erittäin alhaiseen lämpötilaan (tapauksessamme 10 millikelviniä), joka voi vahvistaa heikkoja sähkömagneettisia signaaleja mutta tuoda lähes nolla lämpökohinaa". Koska tällaiset laitteet parantavat lukukykyä, 98.1 %:n tarkkuuden saaminen ilman niitä on Jinin mukaan erityisen vaikuttavaa. "Tulevissa kokeissamme, kun käytämme niitä, lukemien tarkkuus voi vain nousta paljon korkeammalle", hän lisää.

Seuraava virstanpylväs

Vaikka koherenssiajan tuhatkertainen lisäys on jo merkittävä parannus aikaisempiin latauskubitteihin verrattuna, tutkijat odottavat vielä enemmän tulevaisuudessa. Jinin mukaan ryhmän teoreettiset laskelmat viittaavat siihen, että latauskubittijärjestelmä voisi saavuttaa 1-10 millisekunnin koherenssiajan, mikä edustaa toista 10-100 parannustekijää nykyisiin arvoihin verrattuna. Tämän ymmärtämiseksi tutkijoiden on kuitenkin saatava parempi hallinta kokeen jokaiseen osa-alueeseen laitteen suunnittelusta ja valmistuksesta kubitin ohjaukseen.

Tämän lisäksi Jin ja kollegat etsivät edelleen tapoja parantaa järjestelmää entisestään.

"Seuraavaksi suurin virstanpylväs on näyttää, että kaksi latauskubittia voidaan sotkea yhteen", Jin sanoo. "Olemme työstäneet sitä ja olemme edistyneet paljon. Kun saavutamme sen, qubit-alustamme on sitten valmis universaaliin kvanttilaskentaan, vaikka joitakin yksityiskohtia voidaan parantaa jatkuvasti."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/