ชาร์จคิวบิตได้รับการบูสต์เพิ่มขึ้นพันเท่า – Physics World

ชาร์จคิวบิตได้รับการบูสต์เพิ่มขึ้นพันเท่า – Physics World

Time Stamp: 4 ธันวาคม 2023 6:11 น.
โหนดต้นทาง: 2992914

การแสดงประจุคิวบิตของศิลปิน โดยแสดงทรงกลมสองอัน - สีเขียวอันหนึ่ง และสีน้ำเงินอันหนึ่ง - ลอยอยู่เหนือชิป
การรักษาควอนตัม: การแสดงคิวบิตชาร์จสองคิวบิตของศิลปินด้วยเวลาการเชื่อมโยงกันที่ยาวนานและการมีเพศสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง (เอื้อเฟื้อโดย: Dafei Jin/ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Argonne และมหาวิทยาลัย Notre Dame)

นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้ปรับปรุงเวลาการเชื่อมโยงกันของบิตควอนตัมประจุ (คิวบิต) ขึ้น 1000 เท่า เนื่องจากความก้าวหน้าในด้านวัสดุที่ใช้ในการสร้างพวกมัน นำโดย ต้าเฟย จิน ของศูนย์ Argonne สำหรับวัสดุระดับนาโนและ เดวิด ชูสเตอร์ ของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและมหาวิทยาลัยชิคาโก ทีมงานจากหลายสถาบันยังแสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะอ่านสถานะของคิวบิตเหล่านี้ด้วยความเที่ยงตรงถึง 98.1% ซึ่งค่าที่ Jin กล่าวว่าจะเพิ่มขึ้นอีกด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีการอ่านข้อมูลที่ซับซ้อนมากขึ้น

เวลาการเชื่อมโยงกันมีความสำคัญอย่างยิ่งในการคำนวณควอนตัม เนื่องจากบ่งบอกว่า qubit สามารถคงอยู่ในสถานะซ้อนทับของหลายสถานะได้นานแค่ไหน ก่อนที่เสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อมจะทำให้แยกส่วนหรือสูญเสียธรรมชาติของควอนตัมไป ในช่วงเวลานี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำการคำนวณที่ซับซ้อนซึ่งคอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถทำได้

ระบบควอนตัมหลายระบบสามารถทำหน้าที่เป็นคิวบิตได้ ตัวอย่างเช่น Spin qubit เข้ารหัสข้อมูลควอนตัมในการหมุนของอิเล็กตรอนหรือนิวเคลียส ซึ่งอาจขึ้น ลง หรือซ้อนทับกันก็ได้ ในส่วนของประจุคิวบิตนั้น แสดงถึงข้อมูลควอนตัมผ่านการมีอยู่หรือไม่มีประจุส่วนเกินของอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในระบบคิวบิต พวกเขาค่อนข้างใหม่ – เป็นสมาชิกของทีม สร้างครั้งแรก ในปี 2022 – และ Jin กล่าวว่าพวกเขามีข้อได้เปรียบเหนือ spin qubit หลายประการ

“โดยทั่วไปแล้วคิวบิตการชาร์จจะทำให้มีความเร็วในการทำงานที่เร็วขึ้นมาก เนื่องจากมีประจุคู่กับสนามไฟฟ้าอย่างแรง” เขาอธิบาย “สิ่งนี้มีข้อได้เปรียบเหนือสปินคิวบิต เนื่องจากหมุนคู่กับสนามแม่เหล็กอย่างอ่อน โดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์ชาร์จคิวบิตจะสร้างและดำเนินการได้ง่ายกว่ามาก เนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานด้านการผลิตและการดำเนินงานที่มีอยู่ส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับประจุและสนามไฟฟ้า มากกว่าการหมุนและสนามแม่เหล็ก พวกมันมักจะทำให้มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น”

Ultraclean นั้นเงียบเป็นพิเศษ

Jin อธิบายว่านักวิจัยสร้างคิวบิตประจุโดยการดักจับอิเล็กตรอนภายในจุดควอนตัม ซึ่งเป็นกลุ่มอะตอมระดับนาโนที่มีพฤติกรรมเหมือนอนุภาคควอนตัมเดี่ยว จุดควอนตัมวางอยู่บนพื้นผิวที่ทำจากนีออนแข็งและถูกวางไว้ในสุญญากาศ

Jin กล่าวว่าสภาพแวดล้อมที่สะอาดเป็นพิเศษนี้เป็นกุญแจสู่ความสำเร็จของการทดลอง นีออนในฐานะก๊าซมีตระกูลจะไม่สร้างพันธะเคมีกับองค์ประกอบอื่นๆ จริงๆแล้วตามที่ทีมงานชี้ให้เห็นในการ ฟิสิกส์ธรรมชาติ บทความเกี่ยวกับการวิจัย นีออนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำและใกล้สุญญากาศจะควบแน่นเป็นของแข็งกึ่งควอนตัมบริสุทธิ์พิเศษ ปราศจากสิ่งใดที่อาจนำสัญญาณรบกวนเข้าสู่คิวบิต การขาดสัญญาณรบกวนนี้ทำให้ทีมสามารถเพิ่มเวลาการเชื่อมโยงกันของคิวบิตประจุจาก 100 นาโนวินาทีตามปกติของความพยายามก่อนหน้านี้เป็น 100 ไมโครวินาที

ยิ่งไปกว่านั้น นักวิจัยยังอ่านสถานะของคิวบิตเหล่านี้ด้วย ความเที่ยงตรง 98.1% โดยไม่ใช้แอมพลิฟายเออร์จำกัดควอนตัม ซึ่ง Jin อธิบายว่าเป็น “อุปกรณ์พิเศษที่วางไว้ที่อุณหภูมิต่ำมาก (ในกรณีของเราคือ 10 มิลลิเคลวิน) ที่สามารถขยายสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าอ่อนๆ แต่นำสัญญาณรบกวนความร้อนเกือบเป็นศูนย์” เนื่องจากอุปกรณ์ดังกล่าวช่วยเพิ่มความสามารถในการอ่านข้อมูล ทำให้ได้รับความเที่ยงตรง 98.1% หากไม่มีอุปกรณ์เหล่านี้ Jin กล่าวซึ่งน่าประทับใจเป็นพิเศษ “ในการทดลองในอนาคตของเรา เมื่อเราใช้มัน ความเที่ยงตรงในการอ่านข้อมูลของเราจะสูงขึ้นเท่านั้น” เขากล่าวเสริม

ก้าวต่อไป

แม้ว่าเวลาในการเชื่อมโยงกันจะเพิ่มขึ้นเป็นพันเท่าซึ่งเป็นการปรับปรุงที่สำคัญกว่าระบบชาร์จคิวบิตก่อนหน้านี้ นักวิจัยก็คาดหวังมากยิ่งขึ้นในอนาคต ตามข้อมูลของ Jin การคำนวณทางทฤษฎีของทีมชี้ให้เห็นว่าระบบชาร์จคิวบิตสามารถบรรลุเวลาการเชื่อมโยงกันที่ 1-10 มิลลิวินาที ซึ่งแสดงถึงอีกปัจจัยหนึ่งที่ปรับปรุง 10-100 จากค่าปัจจุบัน เพื่อให้ตระหนักถึงสิ่งนี้ นักวิทยาศาสตร์จะต้องได้รับการควบคุมที่ดีขึ้นในทุกแง่มุมของการทดลอง ตั้งแต่การออกแบบอุปกรณ์และการผลิตไปจนถึงการควบคุมควิบิต

นอกเหนือจากนั้น Jin และเพื่อนร่วมงานยังคงมองหาวิธีปรับปรุงระบบให้ดียิ่งขึ้นไปอีก

“เหตุการณ์สำคัญขั้นต่อไปคือการแสดงให้เห็นว่า คิวบิตชาร์จ XNUMX คิวบิตสามารถนำมาพัวพันเข้าด้วยกันได้” Jin กล่าว “เราได้ดำเนินการในเรื่องนั้นและมีความก้าวหน้าอย่างมาก เมื่อเราบรรลุเป้าหมายดังกล่าว แพลตฟอร์ม qubit ของเราก็พร้อมสำหรับการประมวลผลควอนตัมสากล แม้ว่าประสิทธิภาพโดยละเอียดบางอย่างจะสามารถปรับปรุงได้ต่อไปก็ตาม”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์