전하 큐비트가 XNUMX배 향상됩니다 – Physics World

전하 큐비트가 XNUMX배 향상됩니다 – Physics World

타임 스탬프 : 4 년 2023 월 6 일 오전 11:XNUMX
소스 노드 : 2992914

칩 위에 떠 있는 두 개의 구(녹색, 파란색)를 보여주는 아티스트의 전하 큐비트 표현
양자 유지: 아티스트가 긴 일관성 시간과 강력한 결합을 사용하여 두 개의 전하 큐비트를 렌더링합니다. (제공: Dafei Jin/Argonne National Laboratory 및 University of Notre Dame)

미국 연구원들은 전하 양자 비트(큐비트)를 구성하는 데 사용되는 재료의 발전 덕분에 전하 양자 비트(큐비트)의 일관성 시간을 1000배 향상시켰습니다. 주도 진 다페이 나노크기 재료를 위한 아르곤 센터의 데이비드 슈스터 스탠포드 대학과 시카고 대학의 다기관 팀은 또한 98.1%의 충실도로 이러한 큐비트의 상태를 읽을 수 있음을 보여주었습니다. Jin은 보다 정교한 판독 기술의 도움으로 이 값이 더욱 증가할 것이라고 말합니다.

일관성 시간은 환경 소음으로 인해 큐비트가 분리되거나 양자 특성을 잃기 전에 큐비트가 여러 상태의 중첩 상태로 얼마나 오래 머무를 수 있는지를 나타내기 때문에 양자 컴퓨팅에서 매우 중요합니다. 이 기간 동안 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터가 할 수 없는 복잡한 계산을 수행할 수 있습니다.

많은 양자 시스템이 큐비트 역할을 할 수 있습니다. 예를 들어 스핀 큐비트는 전자나 핵의 스핀에 있는 양자 정보를 인코딩하며, 이는 위, 아래 또는 둘의 중첩일 수 있습니다. 전하 큐비트는 큐비트 시스템 내에 포함된 전자의 과잉 전하 유무를 통해 양자 정보를 나타냅니다. 그들은 상대적으로 새로운 – 팀 구성원 처음 만들었습니다 2022년 – Jin은 스핀 큐비트에 비해 몇 가지 장점이 있다고 말합니다.

“전하 큐비트는 일반적으로 전하가 전기장과 강하게 결합하기 때문에 훨씬 더 빠른 작동 속도를 허용합니다.”라고 그는 설명합니다. “스핀이 자기장과 약하게 결합되기 때문에 이는 스핀 큐비트에 비해 유리합니다. 전하 큐비트 장치는 일반적으로 대부분의 기존 제조 및 작동 인프라가 스핀과 자기장이 아닌 전하와 전기장을 기반으로 하기 때문에 제조 및 작동이 훨씬 쉽습니다. 더 컴팩트하게 만들 수 있는 경우가 많습니다.”

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진은 연구원들이 단일 양자 입자처럼 행동하는 나노 크기의 원자 집합인 양자점 내에 전자를 가두어 전하 큐비트를 만들었다고 설명합니다. 양자점은 고체 네온으로 만들어진 표면 위에 놓여 있으며 진공 상태에 있습니다.

Jin에 따르면 이러한 초청정 환경이 실험 성공의 열쇠라고 합니다. 비활성 기체인 네온은 다른 원소와 화학 결합을 형성하지 않습니다. 실제로 팀이 지적했듯이 자연 물리 연구에 관한 논문에 따르면, 저온 및 진공에 가까운 환경의 네온은 큐비트에 소음을 유발할 수 있는 어떤 것도 없는 초순수 반양자 고체로 응축됩니다. 이러한 잡음 부족으로 인해 팀은 전하 큐비트의 일관성 시간을 이전 노력의 일반적인 100나노초에서 100마이크로초로 높일 수 있었습니다.

게다가 연구원들은 이러한 큐비트의 상태를 판독했습니다. 98.1% 충실도 Jin은 "매우 낮은 온도(우리의 경우 10밀리켈빈)에 배치되어 약한 전자기 신호를 증폭할 수 있지만 열 잡음이 거의 98.1에 가까운 특수 장치"라고 설명하는 양자 제한 증폭기를 사용하지 않습니다. 이러한 장치는 판독 능력을 향상시키기 때문에 장치 없이도 XNUMX%의 충실도를 얻는 것이 특히 인상적이라고 Jin은 말합니다. “향후 실험에서 일단 이를 사용하면 판독 충실도가 훨씬 더 높아질 수 있습니다.”라고 그는 덧붙였습니다.

다음 이정표

일관성 시간의 1배 증가는 이미 이전 전하 큐비트 시스템에 비해 크게 개선되었지만 연구원들은 앞으로 더 많은 것을 기대합니다. Jin에 따르면 팀의 이론적 계산에 따르면 전하 큐비트 시스템은 10~10밀리초의 일관성 시간에 도달할 수 있으며 이는 현재 값보다 100~XNUMX배 향상된 또 다른 요소를 나타냅니다. 그러나 이를 실현하려면 과학자들은 장치 설계 및 제조부터 큐비트 제어에 이르기까지 실험의 모든 측면을 더 잘 제어해야 합니다.

그 외에도 Jin과 동료들은 시스템을 더욱 개선할 수 있는 방법을 계속해서 찾고 있습니다.

“다음으로 가장 큰 이정표는 두 개의 전하 큐비트가 서로 얽힐 수 있다는 것을 보여주는 것입니다.”라고 Jin은 말했습니다. “우리는 그 일을 해왔고 많은 진전을 이루었습니다. 이를 달성하면 일부 세부 성능이 계속 향상될 수 있지만 큐비트 플랫폼은 범용 양자 컴퓨팅을 위한 준비가 됩니다.”

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