Зарядовые кубиты увеличиваются в тысячу раз

Исследователи из США улучшили время когерентности зарядовых квантовых битов (кубитов) в 1000 раз благодаря достижениям в материалах, используемых для их создания. Под руководством Дафей Цзинь Аргоннского центра наноразмерных материалов и Дэвид Шустер Межинституциональная команда из Стэнфордского и Чикагского университетов также показала, что можно считывать состояние этих кубитов с точностью 98.1% — эта цифра, по словам Джина, будет еще больше увеличиваться с помощью более сложных технологий считывания.

Время когерентности жизненно важно в квантовых вычислениях, поскольку оно показывает, как долго кубит может оставаться в суперпозиции нескольких состояний, прежде чем шум окружающей среды заставит его декогерировать или потерять свою квантовую природу. В течение этого периода квантовый компьютер может выполнять сложные вычисления, которые не под силу классическим компьютерам.

Многие квантовые системы могут действовать как кубиты. Спиновые кубиты, например, кодируют квантовую информацию о вращении электрона или ядра, которое может быть направлено вверх, вниз или в виде суперпозиции обоих. Зарядовые кубиты, в свою очередь, представляют собой квантовую информацию посредством наличия или отсутствия избыточного заряда на электроне, содержащемся в системе кубитов. Они относительно новые – члены команды создал первый в 2022 году – и Джин говорит, что у них есть несколько преимуществ перед спиновыми кубитами.

«Зарядовые кубиты обычно обеспечивают гораздо более высокую скорость работы, поскольку заряды тесно связаны с электрическими полями», — объясняет он. «Это преимущество перед спиновыми кубитами, поскольку спины слабо связаны с магнитными полями. Устройства с зарядовыми кубитами, как правило, гораздо проще изготавливать и эксплуатировать, поскольку большинство существующих инфраструктур изготовления и эксплуатации основаны на зарядах и электрических полях, а не на спинах и магнитных полях. Зачастую их можно сделать более компактными».

Ultraclean – очень тихий

Джин объясняет, что исследователи создали свои зарядовые кубиты, захватив электрон внутри квантовой точки, которая представляет собой наноразмерную совокупность атомов, которая ведет себя как одна квантовая частица. Квантовая точка лежит на поверхности из твердого неона и находится в вакууме.

По словам Джина, эта сверхчистая среда является ключом к успеху эксперимента. Неон, как благородный газ, не образует химических связей с другими элементами. Фактически, как отмечает команда в Физика природы В статье, посвященной исследованию, неон в условиях низкой температуры и околовакуумной среды конденсируется в сверхчистое полуквантовое твердое вещество, лишенное всего, что могло бы внести шум в кубит. Отсутствие шума позволило команде увеличить время когерентности зарядового кубита со 100 наносекунд, типичных для предыдущих попыток, до 100 микросекунд.

Более того, исследователи считывали состояние этих кубитов с помощью 98.1% верность без использования квантово-ограниченного усилителя, который Джин описывает как «специальное устройство, расположенное при очень низкой температуре (в нашем случае 10 милликельвинов), которое может усиливать слабые электромагнитные сигналы, но при этом практически не создавать теплового шума». Поскольку такие устройства расширяют возможности считывания, получение точности 98.1% без них, по словам Джина, особенно впечатляет. «В наших будущих экспериментах, как только мы их воспользуемся, точность считывания может стать намного выше», — добавляет он.

Следующая веха

Хотя тысячекратное увеличение времени когерентности уже является серьезным улучшением по сравнению с предыдущими системами зарядовых кубитов, исследователи ожидают еще большего в будущем. По словам Джина, теоретические расчеты команды предполагают, что система зарядовых кубитов может достичь времени когерентности 1–10 миллисекунд, что представляет собой еще одно улучшение в 10–100 раз по сравнению с текущими значениями. Однако, чтобы реализовать это, ученым необходимо будет лучше контролировать каждый аспект эксперимента, от проектирования и изготовления устройств до управления кубитами.

Помимо этого, Джин и его коллеги продолжают искать способы дальнейшего улучшения системы.

«Следующая важная веха — показать, что два зарядовых кубита могут быть запутаны вместе», — говорит Джин. «Мы работали над этим и добились большого прогресса. Как только мы этого достигнем, наша кубитовая платформа будет готова к универсальным квантовым вычислениям, хотя некоторые детали производительности могут продолжать улучшаться».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/