Charge qubits dobijo tisočkratno spodbudo – Physics World

Raziskovalci v ZDA so izboljšali koherenčni čas nabojnih kvantnih bitov (kubitov) za faktor 1000 zahvaljujoč napredku v materialih, uporabljenih za njihovo izdelavo. Voden z Dafei Jin iz Argonnskega centra za nano materiale in david schuster Univerze Stanford in Univerze v Chicagu je večinstitucionalna ekipa tudi pokazala, da je mogoče odčitati stanje teh kubitov z natančnostjo 98.1 % – vrednost, za katero Jin pravi, da se bo še povečala s pomočjo bolj izpopolnjenih tehnologij odčitavanja.

Čas koherentnosti je ključnega pomena v kvantnem računalništvu, saj označuje, kako dolgo lahko kubit ostane v superpoziciji več stanj, preden hrup iz okolja povzroči dekoheracijo ali izgubo njegove kvantne narave. V tem obdobju lahko kvantni računalnik izvaja kompleksne izračune, ki jih klasični računalniki ne morejo.

Mnogi kvantni sistemi lahko delujejo kot kubiti. Spin kubiti na primer kodirajo kvantne informacije v vrtenju elektrona ali jedra, ki je lahko gor, dol ali superpozicija obeh. Nabojni kubiti s svoje strani predstavljajo kvantno informacijo s prisotnostjo ali odsotnostjo presežnega naboja na elektronu v sistemu kubitov. So relativno novi – člani ekipe ustvaril prvi leta 2022 – in Jin pravi, da imajo več prednosti pred vrtljivimi kubiti.

"Nabojni kubiti običajno omogočajo veliko večjo hitrost delovanja, ker se naboji močno povezujejo z električnimi polji," pojasnjuje. »To je prednost pred spin kubiti, ker se vrtljaji šibko povezujejo z magnetnimi polji. Naprave za polnjenje qubit je na splošno veliko lažje izdelati in upravljati, ker večina obstoječih infrastruktur za izdelavo in delovanje temelji na nabojih in električnih poljih, ne pa na vrtljajih in magnetnih poljih. Pogosto jih je mogoče narediti bolj kompaktne.”

Ultraclean je ultra tih

Jin pojasnjuje, da so raziskovalci svoje kubite naboja ustvarili tako, da so ujeli elektron v kvantno piko, ki je zbirka atomov v nanometru, ki se obnaša kot en sam kvantni delec. Kvantna pika leži na površini iz trdnega neona in je postavljena v vakuum.

Po Jinu je to ultra čisto okolje ključno za uspeh eksperimenta. Neon kot žlahtni plin ne bo tvoril kemičnih vezi z drugimi elementi. Pravzaprav, kot poudarja ekipa v a Naravna fizika v članku o raziskavi se bo neon v nizkotemperaturnem in skoraj vakuumskem okolju kondenziral v ultračisto polkvantno trdno snov brez vsega, kar bi lahko v kubit vneslo hrup. To pomanjkanje hrupa je ekipi omogočilo povečanje koherenčnega časa polnilnega kubita s 100 nanosekund, značilnih za prejšnja prizadevanja, na 100 mikrosekund.

Še več, raziskovalci so prebrali stanje teh kubitov z 98.1% zvestoba brez uporabe kvantno omejenega ojačevalnika, ki ga Jin opisuje kot "posebno napravo, nameščeno pri zelo nizki temperaturi (v našem primeru 10 milikelvinov), ki lahko ojača šibke elektromagnetne signale, vendar prinese skoraj nič toplotnega šuma". Ker takšne naprave izboljšajo sposobnost branja, je pridobitev 98.1-odstotne zvestobe brez njih, pravi Jin, še posebej impresivna. "V naših prihodnjih poskusih, ko jih bomo uporabili, bo lahko naša zvestoba branja le še veliko večja," dodaja.

Naslednji mejnik

Medtem ko je tisočkratno povečanje koherenčnega časa že velik napredek v primerjavi s prejšnjimi sistemi kubitov polnjenja, raziskovalci pričakujejo še več v prihodnosti. Po Jinovih besedah ​​teoretični izračuni ekipe kažejo, da bi sistem kubitov polnjenja lahko dosegel koherentni čas 1-10 milisekund, kar predstavlja še en faktor 10-100 izboljšav glede na trenutne vrednosti. Da bi to uresničili, bodo morali znanstveniki pridobiti boljši nadzor nad vsemi vidiki eksperimenta, od zasnove in izdelave naprave do nadzora kubita.

Poleg tega Jin in njegovi sodelavci še naprej iščejo načine, kako še izboljšati sistem.

"Naslednji največji mejnik je pokazati, da je mogoče dva polnilna kubita zaplesti skupaj," pravi Jin. »Delali smo na tem in dosegli smo velik napredek. Ko to dosežemo, je naša platforma qubit pripravljena za univerzalno kvantno računalništvo, čeprav se nekatere podrobne zmogljivosti lahko še izboljšujejo.«

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/