Pikaealised kubiidid jäävad ellu saartena mürarikkas keskkonnas – füüsikamaailmas

Aeg, mille jooksul kvantbitid (kubitid) säilitavad oma kvantloomuse, on kvantarvutuse jaoks ülioluline, kuna see määrab arvutuste arvu ja keerukuse, mida nad saavad teha. Aastakümneid on olnud tavapärane tarkus, et nn sidususaja suurendamine tähendas kubittide kaitsmist üksteise ja väliste häirete eest. Nüüd on aga Šveitsi Paul Scherreri instituudi, ETH Zürichi ja EPF Lausanne'i teadlased selle idee pea peale pööranud, näidates, et mõned kubiidid võivad mürarikkas keskkonnas kauem ellu jääda.

Nagu klassikalised arvutid, mis salvestavad teavet bittidena, mille väärtused on 0 või 1, tugineb kvantarvutus süsteemidele, mis eksisteerivad kahes võimalikus olekus. Erinevus seisneb selles, et kubiidid võivad olla ka nende kahe oleku superpositsioonis. Just see mitmetähenduslikkus võimaldab neil teatud arvutusi teha palju kiiremini kui klassikalised masinad, kuid kvantolekud on haprad ja kipuvad lagunema – see tähendab, et nad hakkavad käituma nagu klassikalised 0-d ja 1-d, kaotades oma väärtusliku kvantteabe.

Viimases töös on teadlased eesotsas fotoonikuteadlasega Gabriel Aeppli uuris ütriumliitiumfluoriidi (YLiF) kristallideks legeeritud terbiumioonidest valmistatud tahkiskubite₄). Nendel ioonidel on kaks madalal asuvat kvanttaset, mille energiaerinevus 5G side sageduspiirkonnas on, ja just neid kahe oleku süsteeme kasutasid teadlased oma kubitidena. Nad leidsid, et kuigi enamikul kubitidel on ainult keskmised koherentsusajad, osutuvad need käputäis kubiidid, mis moodustuvad üksteise lähedal asuvate terbiumiioonide paarina, "oivaliselt koherentseks".

Teravad, selgelt eristuvad tipud

Teadlased jälgisid neid ebatavaliselt koherentseid kubitte, kasutades mikrolainespektroskoopiat ja spin-kajasonde, mida kasutatakse korrapäraselt koherentsusaegade mõõtmiseks. Nad leidsid oma kajamõõtmistel väga teravaid, selgelt eristuvaid piike, mis vastavad palju pikematele sidususaegadele (mõnel juhul 100 korda pikemale) paaris-ioonide kubittide puhul kui kubitite puhul, mis asuvad naabritest keskmisel kaugusel. Meeskond selgitab neid pikki koherentsusaegu, märkides, et paaritud ioonid ei saa vahetada energiat läheduses asuvate üksikute ioonidega ja seega ei häiri nendega suhtlemine.

"Selle uurimistöö eesmärk oli tõestada, et kristallivälja tasemete kvantkoherentsed superpositsioonid (haruldaste muldmetallide ioonide elektronide erinevad madala energiaga organisatsioonid) on võimalik genereerida isegi üsna kõrgete ioonide kontsentratsioonide korral," selgitab ta. meeskonna liige Markus Mueller. "Alguses ei olnud üldse selge, kas me suudame sellises mürarikkas keskkonnas mingit sidusust näha ja see oli ootamatu avastus, et sidusus oli dopeeritud üksuste vahel väga ebaühtlane ja et suure sidususega "saared" võivad ellu jääma."

Ta lisab, et avastus võib anda teavet kvantarvutusarhitektuuride kavandamise kohta, eriti skeemide puhul, kus kubitid implanteeritakse juhuslikult hostmaatriksisse. Muud potentsiaalsed rakendused hõlmavad qubitide kasutamist kvantanduritena nende keskkondade magnetdünaamika jaoks. See võib näiteks võimaldada teadlastel sondeerida spindifusiooni kiirust juhuslikes dipolaarsetes sidestatud süsteemides paljude kehade lokaliseerimise uuringutes ja dipolaarsete interaktsioonide rolli selle halvenemisel.

Paari kubittide tundlikkuse optimeerimine

Tulevikku vaadates on teadlaste eesmärk optimeerida oma paari kubitite tundlikkust ja luua kohalike elektro-tuuma olekute kvantsuperpositsioone peremeesmaterjalides, mis ei sisalda tuuma pöörlemist. Tuuma spinni eemaldamine minimeerib soovimatud magnetmüra allikad, mis YLiF-is₄ tekivad peamiselt fluori aatomite spinnist.

Laadimiskubitid saavad tuhandekordse tõuke

"Samuti püüame saavutada erineva nurkimpulsiga ioonide olekute sarnaseid koherentseid superpositsioone," paljastab Müller. "Need laiendavad ergastussageduste vahemikku mikrolainepiirkonnast (30 GHz), mida me praegu kasutame, optilise vahemikuni, kus tugevate laserite olemasolu võimaldab kiiremat ergastusaega (Rabi sagedused). Tõepoolest, oleme selles suunas juba paljulubavaid esialgseid tulemusi saavutanud.

Meeskond uurib ka viise, kuidas kasutada lisandite paare kvantteabe töötlemise või ränis sisalduvate lisandite abil arvutamise kontekstis.

Uuring on üksikasjalikult kirjeldatud Loodusfüüsika.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/long-lived-qubits-survive-as-islands-in-a-noisy-environment/