Charge qubits får en tusenfaldig ökning – Physics World

Forskare i USA har förbättrat koherenstiden för laddningskvantbitar (qubits) med en faktor på 1000 tack vare framsteg i materialen som används för att konstruera dem. Ledd av Dafei Jin från Argonne Center for Nanoscale Materials och David schuster vid Stanford University och University of Chicago visade det multiinstitutionella teamet också att det var möjligt att läsa av tillståndet för dessa qubits med en trovärdighet på 98.1 % – ett värde som Jin säger kommer att öka ytterligare med hjälp av mer sofistikerade avläsningstekniker.

Koherenstid är mycket viktig inom kvantberäkning, eftersom den anger hur länge en qubit kan förbli i en överlagring av flera tillstånd innan omgivningsbrus får den att dekohera eller förlora sin kvantnatur. Under denna period kan en kvantdator utföra komplexa beräkningar som klassiska datorer inte kan.

Många kvantsystem kan fungera som qubits. Spin qubits, till exempel, kodar kvantinformation i spinn av en elektron eller kärna, som kan vara upp, ner eller en superposition av de två. Laddningsqubits representerar å sin sida kvantinformation genom närvaron eller frånvaron av överskottsladdning på en elektron som finns i qubitsystemet. De är relativt nya – medlemmar i laget skapade den första 2022 – och Jin säger att de har flera fördelar jämfört med spin-qubits.

"Laddningsqubits tillåter vanligtvis mycket snabbare drifthastighet eftersom laddningar kopplas starkt till elektriska fält", förklarar han. "Detta är fördelaktigt jämfört med spin-qubits eftersom snurr kopplar svagt till magnetfält. Charge qubit-enheter är i allmänhet mycket enklare att tillverka och använda, eftersom de flesta befintliga tillverknings- och driftinfrastrukturer är baserade på laddningar och elektriska fält snarare än spinn och magnetfält. De kan ofta göras mer kompakta.”

Ultraclean är ultratyst

Jin förklarar att forskarna skapade sina laddningsqubits genom att fånga en elektron i en kvantprick, som är en samling atomer i nanoskala som beter sig som en enda kvantpartikel. Kvantpunkten vilar på en yta gjord av massiv neon och placeras i ett vakuum.

Enligt Jin är denna ultrarena miljö nyckeln till experimentets framgång. Neon, som en ädelgas, kommer inte att bilda kemiska bindningar med andra element. I själva verket, som laget påpekar i en Naturfysik papper om forskningen, kommer neon i en miljö med låg temperatur och nära vakuum att kondensera till ett ultrarent semikvantumfast material utan allt som skulle kunna introducera brus i qubiten. Denna brist på brus gjorde det möjligt för teamet att öka koherenstiden för laddningsqubiten från de 100 nanosekunder som är typiska för tidigare försök till 100 mikrosekunder.

Vad mer är, forskarna läser upp tillståndet för dessa qubits med 98.1% trohet utan att använda en kvantbegränsad förstärkare, vilket Jin beskriver som "en speciell enhet placerad vid mycket låg temperatur (i vårt fall 10 millikelvin) som kan förstärka svaga elektromagnetiska signaler men som ger nästan noll termiskt brus". Eftersom sådana enheter förbättrar avläsningsförmågan är det, säger Jin, särskilt imponerande att få 98.1 % trohet utan dem. "I våra framtida experiment, när vi väl använder dem, kan vår avläsningstrohet bara bli mycket högre", tillägger han.

Nästa milstolpe

Medan en tusenfaldig ökning av koherenstiden redan är en stor förbättring jämfört med tidigare charge qubit-system, förväntar sig forskarna ännu mer i framtiden. Enligt Jin tyder teamets teoretiska beräkningar på att laddningsqubit-systemet kan nå en koherenstid på 1-10 millisekunder, vilket representerar ytterligare en faktor på 10-100 förbättringar jämfört med nuvarande värden. Men för att inse detta måste forskare få bättre kontroll över varje aspekt av experimentet, från enhetsdesign och tillverkning till qubit-kontroll.

Utöver det fortsätter Jin och kollegor att leta efter sätt att förbättra systemet ytterligare.

"Den största milstolpen härnäst är att visa att två laddningsqubits kan trasslas ihop", säger Jin. "Vi har jobbat på det och har gjort stora framsteg. När vi väl har uppnått det är vår qubit-plattform redo för universell kvantberäkning, även om vissa detaljerade prestanda kan fortsätta att förbättras."

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/