電荷量子ビットは千倍にブーストされる – Physics World

米国の研究者は、電荷量子ビット (量子ビット) の構築に使用される材料の進歩のおかげで、そのコヒーレンス時間を 1000 倍改善しました。 によって導かれて ジン・ダフェイ アルゴンヌ ナノスケール材料センターの デビッドシュスター スタンフォード大学とシカゴ大学の多機関チームは、これらの量子ビットの状態を 98.1% の忠実度で読み出すことが可能であることも示しました。この値は、より洗練された読み出し技術の助けを借りてさらに高まるだろうとジン氏は述べています。

コヒーレンス時間は、環境ノイズによって量子ビットがデコヒーレントになったり量子的性質を失ったりする前に、量子ビットが複数の状態の重ね合わせ状態にどれだけ長く留まることができるかを示すため、量子コンピューティングにおいて非常に重要です。 この期間中、量子コンピューターは古典的なコンピューターでは不可能な複雑な計算を実行できます。

多くの量子システムは量子ビットとして機能します。 たとえば、スピン量子ビットは、電子または原子核のスピンの量子情報をエンコードします。これは、上向き、下向き、またはその XNUMX つの重ね合わせの場合があります。 電荷量子ビットは、量子ビット システム内に含まれる電子の過剰電荷の有無を通じて量子情報を表します。 彼らは比較的新しいチームのメンバーです 最初の 2022 年 – そしてジン氏は、スピン量子ビットに比べていくつかの利点があると述べています。

「電荷は電場と強く結合するため、電荷量子ビットは通常、はるかに高速な動作速度を可能にします」と彼は説明します。 「スピンは磁場と弱く結合するため、これはスピン量子ビットよりも有利です。 既存の製造および運用インフラストラクチャのほとんどがスピンや磁場ではなく電荷と電場に基づいているため、電荷量子ビットデバイスは一般に製造と運用がはるかに簡単です。 多くの場合、よりコンパクトにすることができます。」

ウルトラクリーンは超静音

ジン氏は、研究者らが量子ドット内に電子をトラップすることによって電荷量子ビットを作成したと説明する。量子ドットとは、単一の量子粒子のように動作するナノスケールの原子の集合体である。 量子ドットは固体ネオンで作られた表面上に置かれ、真空中に置かれます。

ジン氏によると、この超クリーンな環境が実験の成功の鍵だという。 ネオンは希ガスとして、他の元素と化学結合を形成しません。 実際、チームが指摘しているように、 自然物理学 この研究に関する論文によると、低温で真空に近い環境にあるネオンは、量子ビットにノイズを導入する可能性のあるものが何もない超高純度の半量子固体に凝縮します。 このノイズの欠如により、チームは電荷量子ビットのコヒーレンス時間を、これまでの取り組みでは一般的だった 100 ナノ秒から 100 マイクロ秒まで短縮することができました。

さらに、研究者はこれらの量子ビットの状態を次のように読み出します。 98.1% の忠実度 ジン氏の説明によれば、量子限界増幅器は「非常に低い温度（私たちの場合は10ミリケルビン）に置かれ、微弱な電磁信号を増幅することができるが、熱雑音はほぼゼロになる特別な装置」であるという。 このようなデバイスは読み出し能力を強化するため、デバイスなしで 98.1% の忠実度が得られるのは特に素晴らしいことだと、Jin 氏は言います。 「将来の実験では、一度それらを使用すると、読み取りの忠実度はさらに高くなる可能性があります。」と彼は付け加えました。

次のマイルストーン

コヒーレンス時間の 1 倍の増加は、以前の電荷量子ビット システムに比べてすでに大きな改善となっていますが、研究者らは将来的にはさらに多くのことを期待しています。 ジン氏によると、チームの理論計算は、電荷量子ビットシステムがコヒーレンス時間10～10ミリ秒に達する可能性があることを示唆しており、これは現在の値と比べてさらに100～XNUMX倍改善されることを示しているという。 ただし、これを実現するには、科学者はデバイスの設計や製造から量子ビットの制御に至るまで、実験のあらゆる側面をより適切に制御できるようにする必要があります。

さらに、ジンと同僚はシステムをさらに改善する方法を模索し続けています。

「次の最大のマイルストーンは、XNUMX つの電荷量子ビットが互いにもつれ合うことができることを示すことです」とジン氏は言います。 「私たちはそれに取り組んでおり、多くの進歩がありました。 それが達成できれば、細部のパフォーマンスは引き続き改善される可能性がありますが、量子ビット プラットフォームはユニバーサル量子コンピューティングに対応できるようになります。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/