Зарядні кубіти отримали тисячократний приріст – Physics World

Дослідники в США покращили час когерентності зарядових квантових бітів (кубітів) у 1000 разів завдяки прогресу в матеріалах, які використовуються для їх виготовлення. На чолі з Дафей Джин Аргонського центру нанорозмірних матеріалів та Девід Шустер Стенфордського університету та Університету Чикаго, багатоінституційна команда також показала, що можна зчитувати стан цих кубітів із точністю 98.1% – значення, яке, за словами Джіна, ще більше зросте за допомогою більш складних технологій зчитування.

Час когерентності є життєво важливим у квантових обчисленнях, оскільки він вказує, як довго кубіт може залишатися в суперпозиції кількох станів до того, як шум навколишнього середовища спричинить його декогерентність або втрату квантової природи. Протягом цього періоду квантовий комп’ютер може виконувати складні обчислення, яких класичні комп’ютери не можуть.

Багато квантових систем можуть діяти як кубіти. Спінові кубіти, наприклад, кодують квантову інформацію у спіні електрона чи ядра, який може бути вгору, вниз або суперпозицією обох. Зарядові кубіти, зі свого боку, представляють квантову інформацію через наявність або відсутність надлишкового заряду на електроні, що міститься в системі кубітів. Вони відносно нові – члени команди створив перш у 2022 році – і Джин каже, що вони мають кілька переваг перед спіновими кубітами.

«Зарядові кубіти зазвичай забезпечують набагато більшу швидкість роботи, оскільки заряди міцно поєднуються з електричними полями», — пояснює він. «Це перевага над спіновими кубітами, тому що спіни слабко з’єднуються з магнітними полями. Пристрої із зарядними кубітами, як правило, набагато простіше виготовити та експлуатувати, оскільки більшість існуючих інфраструктур виготовлення та експлуатації базуються на зарядах та електричних полях, а не на обертах та магнітних полях. Часто їх можна зробити більш компактними».

Ultraclean надтихий

Джин пояснює, що дослідники створили свої зарядові кубіти, захопивши електрон у квантову точку, яка є нанорозмірною сукупністю атомів, яка поводиться як одна квантова частинка. Квантова точка лежить на поверхні, виготовленій із твердого неону, і поміщається у вакуум.

За словами Джина, це надчисте середовище є ключем до успіху експерименту. Неон, як благородний газ, не утворює хімічних зв'язків з іншими елементами. Фактично, як зазначає команда в a Фізика природи У статті про дослідження неон у низькотемпературному та майже вакуумному середовищі конденсуватиметься в надчисту напівквантову тверду речовину, позбавлену всього, що могло б створювати шум у кубіті. Ця відсутність шуму дозволила команді збільшити час когерентності зарядового кубіта зі 100 наносекунд, типових для попередніх спроб, до 100 мікросекунд.

Більше того, дослідники зчитували стан цих кубітів за допомогою 98.1% вірності без використання квантово-обмеженого підсилювача, який Джин описує як «спеціальний пристрій, розміщений при дуже низькій температурі (у нашому випадку 10 мілікельвінів), який може підсилювати слабкі електромагнітні сигнали, але створювати майже нульовий тепловий шум». Оскільки такі пристрої покращують здатність зчитування, отримання 98.1% точності без них, каже Джін, особливо вражає. «У наших майбутніх експериментах, як тільки ми їх використаємо, наша точність зчитування може стати набагато вищою», — додає він.

Наступна віха

Хоча тисячократне збільшення часу когерентності вже є серйозним покращенням у порівнянні з попередніми системами зарядних кубітів, дослідники очікують ще більше в майбутньому. За словами Джіна, теоретичні розрахунки команди показують, що система зарядових кубітів може досягти часу когерентності 1-10 мілісекунд, що представляє ще один фактор 10-100 покращення порівняно з поточними значеннями. Однак, щоб це зрозуміти, вченим потрібно буде отримати кращий контроль над кожним аспектом експерименту, від розробки пристрою та виготовлення до контролю за кубітом.

Крім того, Джин і його колеги продовжують шукати способи ще більше вдосконалити систему.

«Найбільша віха — показати, що два зарядові кубіти можуть бути сплутані разом», — каже Джин. «Ми працювали над цим і досягли значного прогресу. Щойно ми досягнемо цього, наша платформа кубітів буде готова до універсальних квантових обчислень, навіть незважаючи на те, що деякі деталі продуктивності можуть продовжувати вдосконалюватися».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/