Charge Qubits Get A Thousand-fold Boost – Physics World

由柏拉图重新发布

关注： 0

艺术家对电荷量子位的描绘，显示两个球体 - 一个绿色，一个蓝色 - 悬停在芯片上 — 保持量子：艺术家对两个具有长相干时间和强耦合的电荷量子位的渲染。（由金大飞/阿贡国家实验室和圣母大学提供）

由于构建电荷量子位 (qubit) 的材料取得了进步，美国研究人员已将电荷量子位 (qubit) 的相干时间提高了 1000 倍。由...领着金大飞阿贡纳米材料中心和大卫·舒斯特斯坦福大学和芝加哥大学的多机构团队还表明，可以以 98.1% 的保真度读出这些量子位的状态——Jin 表示，借助更复杂的读出技术，保真度将进一步提高。

相干时间在量子计算中至关重要，因为它表示在环境噪声导致量子位退相干或失去其量子性质之前，量子位可以保持多个状态叠加的时间。在此期间，量子计算机可以执行经典计算机无法执行的复杂计算。

许多量子系统可以充当量子位。例如，自旋量子位在电子或原子核的自旋中编码量子信息，该自旋可以是向上、向下或两者的叠加。就电荷量子位而言，通过量子位系统中包含的电子是否存在多余电荷来表示量子信息。他们是相对较新的团队成员创造了第一个 2022 年——Jin 表示，它们比自旋量子位有几个优势。

“电荷量子位通常允许更快的运行速度，因为电荷与电场强烈耦合，”他解释道。 “这比自旋量子位有优势，因为自旋与磁场的耦合很弱。电荷量子位设备通常更容易制造和操作，因为大多数现有的制造和操作基础设施都是基于电荷和电场，而不是自旋和磁场。它们通常可以做得更紧凑。”

超净就是超静音

金解释说，研究人员通过将电子捕获在量子点内来创建电荷量子位，量子点是纳米级原子的集合，其行为类似于单个量子粒子。量子点位于由固体氖制成的表面上，并放置在真空中。

金表示，这种超洁净的环境是实验成功的关键。氖气作为惰性气体，不会与其他元素形成化学键。事实上，正如该团队在一份报告中指出的那样 自然物理学 在该研究论文中，氖在低温和近真空环境中将凝结成超纯半量子固体，不含任何可能向量子位引入噪声的物质。由于没有噪声，该团队能够将电荷量子位的相干时间从之前的典型 100 纳秒提高到 100 微秒。

更重要的是，研究人员读出了这些量子位的状态 98.1% 保真度不使用量子限制放大器，Jin 将其描述为“一种放置在非常低的温度（在我们的例子中为 10 毫开尔文）下的特殊设备，可以放大微弱的电磁信号，但带来的热噪声几乎为零”。 Jin 说，由于此类设备增强了读出能力，因此在没有它们的情况下获得 98.1% 的保真度尤其令人印象深刻。 “在我们未来的实验中，一旦我们使用它们，我们的读数保真度只会更高，”他补充道。

下一个里程碑

虽然相干时间增加了一千倍已经是比以前的电荷量子位系统的重大改进，但研究人员预计未来还会有更多改进。 Jin 表示，该团队的理论计算表明，电荷量子位系统可以达到 1-10 毫秒的相干时间，这代表着比当前值提高 10-100 倍的另一个因素。然而，为了实现这一点，科学家需要更好地控制实验的各个方面，从设备设计和制造到量子位控制。