Qubiții de încărcare primesc o creștere de o mie de ori – Physics World

Cercetătorii din SUA au îmbunătățit timpul de coerență al biților cuantici de încărcare (qubiți) cu un factor de 1000 datorită progreselor materialelor utilizate pentru a le construi. Condus de Dafei Jin al Centrului Argonne pentru Materiale la scară nanometrică și david schuster de la Universitatea Stanford și de la Universitatea din Chicago, echipa multi-instituțională a arătat, de asemenea, că este posibil să se citească starea acestor qubiți cu o fidelitate de 98.1% - o valoare despre care Jin spune că va crește în continuare cu ajutorul unor tehnologii de citire mai sofisticate.

Timpul de coerență este de o importanță vitală în calculul cuantic, deoarece indică cât de mult poate rămâne un qubit într-o suprapunere a mai multor stări înainte ca zgomotul de mediu să-l determine să se decoereze sau să-și piardă natura cuantică. În această perioadă, un computer cuantic poate efectua calcule complexe pe care computerele clasice nu le pot face.

Multe sisteme cuantice pot acționa ca qubiți. Qubiții de spin, de exemplu, codifică informații cuantice în spin-ul unui electron sau nucleu, care poate fi în sus, în jos sau o suprapunere a celor doi. Qubiții de sarcină, la rândul lor, reprezintă informații cuantice prin prezența sau absența unui exces de sarcină pe un electron conținut în sistemul de qubit. Sunt relativ noi – membri ai echipei a creat primul în 2022 – iar Jin spune că au mai multe avantaje față de qubiții de spin.

„Qubiții de încărcare permit de obicei o viteză de funcționare mult mai mare, deoarece încărcările se cuplează puternic cu câmpurile electrice”, explică el. „Acest lucru este avantajos față de qubiții de spin, deoarece rotațiile se cuplează slab cu câmpurile magnetice. Dispozitivele de încărcare qubit sunt, în general, mult mai ușor de fabricat și operat, deoarece majoritatea infrastructurilor de fabricație și operare existente se bazează pe încărcături și câmpuri electrice, mai degrabă decât pe spinuri și câmpuri magnetice. Ele pot fi adesea făcute mai compacte.”

Ultraclean este ultrasilențios

Jin explică că cercetătorii și-au creat qubiții de sarcină prin captarea unui electron într-un punct cuantic, care este o colecție de atomi la scară nanometrică care se comportă ca o singură particulă cuantică. Punctul cuantic se sprijină pe o suprafață din neon solid și este plasat în vid.

Potrivit lui Jin, acest mediu ultracurat este cheia succesului experimentului. Neonul, ca gaz nobil, nu va forma legături chimice cu alte elemente. De fapt, după cum subliniază echipa în a Fizica naturii În lucrare despre cercetare, neonul într-un mediu cu temperatură scăzută și aproape de vid se va condensa într-un solid semi-cuantic ultrapur, lipsit de orice ar putea introduce zgomot în qubit. Această lipsă de zgomot a permis echipei să mărească timpul de coerență al qubitului de încărcare de la 100 de nanosecunde tipice eforturilor anterioare la 100 de microsecunde.

În plus, cercetătorii au citit starea acestor qubiți 98.1% fidelitate fără a utiliza un amplificator cuantic limitat, pe care Jin îl descrie ca fiind „un dispozitiv special plasat la temperatură foarte scăzută (în cazul nostru 10 milikelvin) care poate amplifica semnale electromagnetice slabe, dar aduce aproape zero zgomot termic”. Deoarece astfel de dispozitive sporesc capacitatea de citire, obținerea unei fidelități de 98.1% fără ele este, spune Jin, deosebit de impresionantă. „În experimentele noastre viitoare, odată ce le folosim, fidelitatea noastră de citire nu poate decât să crească mult”, adaugă el.

Următoarea piatră de hotar

În timp ce o creștere de o mie de ori a timpului de coerență este deja o îmbunătățire majoră față de sistemele anterioare de qubit de încărcare, cercetătorii se așteaptă și mai mult în viitor. Potrivit lui Jin, calculele teoretice ale echipei sugerează că sistemul qubit de încărcare ar putea atinge un timp de coerență de 1-10 milisecunde, reprezentând un alt factor de îmbunătățire cu 10-100 față de valorile curente. Pentru a realiza acest lucru, totuși, oamenii de știință vor trebui să obțină un control mai bun asupra fiecărui aspect al experimentului, de la proiectarea și fabricarea dispozitivelor până la controlul qubitului.

Dincolo de asta, Jin și colegii continuă să caute modalități de a îmbunătăți și mai mult sistemul.

„Cea mai mare etapă următoare este să arăți că doi qubiți de încărcare pot fi încurcați împreună”, spune Jin. „Am lucrat la asta și am avut multe progrese. Odată ce reușim acest lucru, platforma noastră qubit este apoi pregătită pentru calculul cuantic universal, chiar dacă unele performanțe detaliate pot fi îmbunătățite în continuare.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/