טעינת קוויביטים מקבלים דחיפה של פי אלף - עולם הפיזיקה

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

ייצוג אמן של קיוביטים מטען, מראה שני כדורים - אחד ירוק, אחד כחול - מרחפים מעל שבב — שמירה על קוונטים: עיבוד של אמן של שני קיוביטים מטען עם זמן קוהרנטיות ארוך וצימוד חזק. (באדיבות: Dafei Jin/Argonne National Laboratory ואוניברסיטת נוטרדאם)

חוקרים בארה"ב שיפרו את זמן הקוהרנטיות של סיביות קוונטיות טעינה (קיוביטים) בפקטור של 1000 הודות להתקדמות בחומרים המשמשים לבנייתן. בראשותו של דאפי ג'ין של מרכז ארגון לחומרים ננומטריים ו דיוויד שוסטר מאוניברסיטת סטנפורד ואוניברסיטת שיקגו, הצוות הרב-מוסדי גם הראה שאפשר לקרוא את מצב הקיוביטים הללו בנאמנות של 98.1% - ערך שלדברי ג'ין יגדל עוד יותר בעזרת טכנולוגיות קריאה מתוחכמות יותר.

זמן קוהרנטיות חשוב ביותר בתוך מחשוב קוונטי, מכיוון שהוא מציין כמה זמן קיוביט יכול להישאר בסופרפוזיציה של מספר מצבים לפני שרעש סביבתי גורם לו להתנתק, או לאבד את הטבע הקוונטי שלו. במהלך תקופה זו, מחשב קוונטי יכול לבצע חישובים מורכבים שמחשבים קלאסיים אינם יכולים.

מערכות קוונטיות רבות יכולות לפעול כקיוביטים. ספין קיוביטים, למשל, מקודדים מידע קוונטי בספין של אלקטרון או גרעין, שיכול להיות למעלה, למטה או סופרפוזיציה של השניים. קיוביטים של מטען, מצידם, מייצגים מידע קוונטי באמצעות נוכחות או היעדר מטען עודף על אלקטרון הכלול במערכת הקיוביט. הם חדשים יחסית - חברים בצוות יצר את הראשון בשנת 2022 - וג'ין אומר שיש להם כמה יתרונות על פני ספין קיוביטים.

"קיוביטים של טעינה מאפשרים בדרך כלל מהירות פעולה מהירה בהרבה מכיוון שהטעינות משתלבות חזק עם שדות חשמליים", הוא מסביר. "זה יתרון על פני ספין קיוביטים מכיוון שהספינים מתחברים בצורה חלשה עם שדות מגנטיים. מכשירי Charge qubit הם בדרך כלל הרבה יותר קלים לייצור ולתפעול, מכיוון שרוב תשתיות הייצור והתפעול הקיימות מבוססות על מטענים ושדות חשמליים, ולא על ספינים ושדות מגנטיים. לעתים קרובות ניתן לעשות אותם קומפקטיים יותר."

Ultraclean הוא שקט במיוחד

ג'ין מסביר שהחוקרים יצרו את קווי המטען שלהם על ידי לכידת אלקטרון בתוך נקודה קוונטית, שהיא אוסף ננומטרי של אטומים שמתנהג כמו חלקיק קוונטי בודד. הנקודה הקוונטית מונחת על משטח עשוי ניאון מוצק וממוקמת בוואקום.

לדברי ג'ין, הסביבה האולטרה-נקייה הזו היא המפתח להצלחת הניסוי. ניאון, כגז אצילי, לא יצור קשרים כימיים עם יסודות אחרים. למעשה, כפי שהצוות מציין ב-a פיזיקת טבע במאמר על המחקר, ניאון בסביבת טמפרטורה נמוכה וכמעט ואקום יתעבה למוצק קוונטי למחצה טהור במיוחד נטול כל דבר שיכול להכניס רעש לקיוביט. חוסר רעש זה אפשר לצוות להגביר את זמן הקוהרנטיות של קיוביט הטעינה מ-100 ננו-שניות האופייניות למאמצים קודמים ל-100 מיקרו-שניות.

מה שכן, החוקרים קראו את מצב הקיוביטים הללו 98.1% נאמנות מבלי להשתמש במגבר מוגבל קוונטי, שג'ין מתאר כ"מכשיר מיוחד המוצב בטמפרטורה נמוכה מאוד (במקרה שלנו 10 מיליקלווין) שיכול להגביר אותות אלקטרומגנטיים חלשים אבל להביא כמעט אפס רעש תרמי". מכיוון שמכשירים כאלה משפרים את יכולת הקריאה, השגת נאמנות של 98.1% בלעדיהם היא, אומר ג'ין, מרשימה במיוחד. "בניסויים העתידיים שלנו, ברגע שנשתמש בהם, נאמנות הקריאה שלנו יכולה רק לעלות הרבה יותר", הוא מוסיף.

אבן הדרך הבאה

בעוד שגידול של פי אלף בזמן הקוהרנטיות הוא כבר שיפור משמעותי ביחס למערכות קיוביט טעינה קודמות, החוקרים מצפים ליותר מכך בעתיד. לפי Jin, החישובים התיאורטיים של הצוות מצביעים על כך שמערכת ה-charge qubit יכולה להגיע לזמן קוהרנטיות של 1-10 מילישניות, המייצג גורם נוסף של שיפור של 10-100 ביחס לערכים הנוכחיים. עם זאת, כדי להבין זאת, מדענים יצטרכו להשיג שליטה טובה יותר על כל היבט של הניסוי, מתכנון וייצור מכשירים ועד לבקרת קיוביט.

סיליקון ספין קיוביטים מיוצרים בקנה מידה תעשייתי

מעבר לכך, ג'ין ועמיתיו ממשיכים לחפש דרכים לשפר את המערכת עוד יותר.

"אבן הדרך הגדולה ביותר היא להראות שני קיוביטים של טעינה יכולים להסתבך יחד", אומר ג'ין. "עבדנו על זה והיתה לנו התקדמות רבה. ברגע שנשיג זאת, פלטפורמת הקיוביט שלנו מוכנה למחשוב קוונטי אוניברסלי, למרות שביצועים מפורטים יכולים להמשיך להשתפר."