Pitkäikäiset kubitit säilyvät "saarina" meluisassa ympäristössä – Physics World

Aika, jonka kvanttibitit (kubitit) säilyttävät kvanttiluonteensa, on ratkaisevan tärkeää kvanttilaskennan kannalta, koska se määrää niiden laskelmien määrän ja monimutkaisuuden, joita ne voivat suorittaa. Perinteinen viisaus on vuosikymmeniä ollut, että tämän niin kutsutun koherenssiajan lisääminen merkitsi kubittien suojaamista toisiltaan ja ulkoisilta häiriöiltä. Nyt Sveitsin Paul Scherrer Instituten, ETH Zürichin ja EPF Lausannen tutkijat ovat kuitenkin kääntäneet tämän ajatuksen päälaelleen osoittamalla, että jotkut kubitit voivat selviytyä pidempään meluisassa ympäristössä.

Kuten klassiset tietokoneet, jotka tallentavat tietoa bitteinä, joiden arvot ovat 0 tai 1, kvanttilaskenta perustuu järjestelmiin, jotka ovat olemassa kahdessa mahdollisessa tilassa. Erona on, että kubitit voivat olla myös näiden kahden tilan superpositiossa. Juuri tämä epäselvyys antaa heille mahdollisuuden suorittaa tiettyjä laskelmia paljon nopeammin kuin klassiset koneet, mutta kvanttitilat ovat hauraita ja taipuvat hajoamaan – mikä tarkoittaa, että ne palaavat käyttäytymään klassisten 0:iden ja 1:iden tapaan menettäen arvokkaan kvanttitietonsa.

Uusimmassa työssä fotoniikan tiedemiehen johtamia tutkijoita Gabriel Aeppli tutki yttriumlitiumfluoridin (YLiF) kiteiksi seostetuista terbium-ioneista valmistettuja solid-state-kubitteja₄). Näillä ioneilla on kaksi matalaa kvanttitasoa, joiden energiaero 5G-viestinnän taajuusalueella, ja juuri näitä kaksitilajärjestelmiä tutkijat käyttivät kubitteinaan. He havaitsivat, että vaikka useimmat kubitit kokevat vain keskimääräisiä koherenssiaikoja, kourallinen kubitteja, jotka muodostuvat lähellä toisiaan sijaitsevien terbium-ionien pareina, osoittautuvat "erittäin koherenteiksi".

Terävät, selkeät huiput

Tutkijat havaitsivat nämä epätavallisen koherentit kubitit käyttämällä mikroaaltospektroskopiaa ja spin kaikuantureita, joita käytetään rutiininomaisesti koherentsiaikojen mittaamiseen. He löysivät kaikumittauksissaan erittäin teräviä, selkeitä huippuja, jotka vastaavat paljon pidempiä koherenssiaikoja (joissakin tapauksissa 100 kertaa pidempiä) ioniparien kubiteille kuin kubiteille, jotka sijaitsevat keskimääräisen etäisyyden päässä naapureistaan. Tiimi selittää nämä pitkät koherenssiajat toteamalla, että parilliset ionit eivät voi vaihtaa energiaa lähellä olevien yksittäisten ionien kanssa, joten vuorovaikutus niiden kanssa ei häiritse niitä.

"Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli todistaa, että on mahdollista tuottaa kvanttikoherentteja superpositioita kidekenttätasoille (erilaiset elektronien matalaenergiaorganisaatiot harvinaisten maametallien ioneissa) jopa melko korkeilla ionipitoisuuksilla", selittää. tiimin jäsen Markus Mueller. "Aluksi ei ollut ollenkaan selvää, että pystyisimme näkemään minkäänlaista koherenssia näin meluisassa ympäristössä, ja oli odottamaton havainto, että koherenssi oli erittäin epäyhtenäistä dopattujen yksiköiden välillä ja että korkean koherenssin "saaret" voivat selviytyä."

Löytö voisi antaa tietoa kvanttilaskenta-arkkitehtuurien suunnittelusta, hän lisää - erityisesti järjestelmissä, joissa kubitit istutetaan satunnaisesti isäntämatriisiin. Muita mahdollisia sovelluksia ovat kubittien käyttö kvanttiantureina magneettiseen dynamiikkaan ympäristöissään. Tämä voisi esimerkiksi antaa tutkijoille mahdollisuuden tutkia spin-diffuusionopeutta satunnaisissa, dipolaarisissa kytkeytyneissä järjestelmissä monien kappaleiden lokalisaatiota koskevissa tutkimuksissa ja dipolaaristen vuorovaikutusten roolia sen huonontamisessa.

Parin kubittien herkkyyden optimointi

Tulevaisuudessa tutkijat pyrkivät optimoimaan kubittiparinsa herkkyyden ja luomaan uudelleen paikallisten sähköydintilojen kvantisuperpositioita isäntämateriaaleissa, joissa ei ole ydinspiniä. Ydinspin poistaminen minimoi ei-toivotut magneettisen kohinan lähteet, jotka YLiF:ssä₄ syntyvät ensisijaisesti fluoriatomien spinistä.

Latauskubitit saavat tuhatkertaisen tehosteen

"Yritämme myös saavuttaa samanlaisia ​​koherentteja superpositioita eri kulmamomenttien ionitiloista", Müller paljastaa. "Nämä laajentavat tällä hetkellä käyttämämme viritystaajuuksien alueen mikroaaltoalueelta (30 GHz) optiselle alueelle, jossa vahvojen lasereiden saatavuus mahdollistaa nopeammat viritysajat (Rabi-taajuudet). Olemme todellakin jo saaneet lupaavia alustavia tuloksia tähän suuntaan."

Tiimi tutkii myös tapoja käyttää seostusaineita kvanttitietojen käsittelyn tai laskennan yhteydessä piin lisäaineilla.

Tutkimus on kuvattu tarkemmin kohdassa Luontofysiikka.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/long-lived-qubits-survive-as-islands-in-a-noisy-environment/