लंबे समय तक जीवित रहने वाले क्यूबिट शोर भरे वातावरण में 'द्वीप' के रूप में जीवित रहते हैं - भौतिकी विश्व

लंबे समय तक जीवित रहने वाले क्यूबिट शोर भरे वातावरण में 'द्वीप' के रूप में जीवित रहते हैं - भौतिकी विश्व

समय टिकट: 5 फरवरी, 2024 4:30 पूर्वाह्न

धातु के टूटे हुए टुकड़ों की गन्दी पृष्ठभूमि के विरुद्ध चमकते सुरक्षात्मक गोले से घिरे स्पिन तीरों के साथ बिंदुओं के रूप में दर्शाए गए टर्बियम आयनों के जोड़े को दर्शाने वाली छवि
परेशान नहीं: एक सघन प्रणाली के भीतर, कुछ टेरबियम आयन युग्मित अवस्थाएँ बनाते हैं जो पास के एकल टेरबियम आयनों के साथ बातचीत नहीं कर सकते हैं। अपने गन्दे वातावरण से सुरक्षित, वे आश्चर्यजनक रूप से लंबे सुसंगत जीवनकाल के साथ क्वैबिट के रूप में कार्य कर सकते हैं। (सौजन्य: एला मारू स्टूडियो)

क्वांटम बिट्स (क्विबिट्स) द्वारा अपनी क्वांटम प्रकृति को बनाए रखने की अवधि क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह उनके द्वारा की जाने वाली गणनाओं की संख्या और जटिलता को निर्धारित करती है। दशकों से, पारंपरिक ज्ञान यह रहा है कि इस तथाकथित सुसंगतता समय को बढ़ाने का मतलब एक दूसरे से और बाहरी गड़बड़ी से क्वैबिट की रक्षा करना है। अब, हालांकि, स्विट्जरलैंड के पॉल शेरेर इंस्टीट्यूट, ईटीएच ज्यूरिख और ईपीएफ लॉज़ेन के शोधकर्ताओं ने यह दिखाकर इस विचार को उल्टा कर दिया है कि कुछ क्वैबिट शोर वाले वातावरण में लंबे समय तक जीवित रह सकते हैं।

शास्त्रीय कंप्यूटरों की तरह जो 0 या 1 के मान वाले बिट्स में जानकारी संग्रहीत करते हैं, क्वांटम कंप्यूटिंग उन प्रणालियों पर निर्भर करती है जो दो संभावित स्थितियों में मौजूद होती हैं। अंतर यह है कि क्वैबिट इन दोनों अवस्थाओं के सुपरपोज़िशन में भी हो सकता है। यह अस्पष्टता ही है जो उन्हें शास्त्रीय मशीनों की तुलना में कुछ गणनाओं को अधिक तेज़ी से करने में सक्षम बनाती है, लेकिन क्वांटम अवस्थाएँ नाजुक होती हैं और ख़राब हो जाती हैं - जिसका अर्थ है कि वे शास्त्रीय 0s और 1s की तरह व्यवहार करने लगते हैं, जिससे उनकी बहुमूल्य क्वांटम जानकारी खो जाती है।

नवीनतम कार्य में शोधकर्ताओं का नेतृत्व फोटोनिक्स वैज्ञानिक ने किया गेब्रियल एप्पली येट्रियम लिथियम फ्लोराइड (YLiF) के क्रिस्टल में डोप किए गए टेरबियम आयनों से बने ठोस-अवस्था वाले क्वैबिट का अध्ययन किया गया4). इन आयनों में 5G संचार आवृत्ति डोमेन में ऊर्जा अंतर के साथ दो निचले क्वांटम स्तर होते हैं, और ये दो-राज्य प्रणालियाँ हैं जिन्हें शोधकर्ताओं ने अपने क्वबिट के रूप में उपयोग किया है। उन्होंने पाया कि जबकि अधिकांश क्वैबिट केवल औसत सुसंगतता समय का अनुभव करते हैं, मुट्ठी भर क्वैबिट जो एक साथ स्थित टेरबियम आयनों के जोड़े में बनते हैं, वे "उत्कृष्ट रूप से सुसंगत" होते हैं।

तीव्र, विशिष्ट चोटियाँ

शोधकर्ताओं ने माइक्रोवेव स्पेक्ट्रोस्कोपी और स्पिन इको जांच का उपयोग करके इन असामान्य रूप से सुसंगत क्वैबिट का अवलोकन किया, जिन्हें नियमित रूप से सुसंगत समय को मापने के लिए नियोजित किया जाता है। उन्होंने अपने प्रतिध्वनि माप में बहुत तेज, अलग-अलग चोटियाँ पाईं, जो कि उनके पड़ोसियों से औसत दूरी पर स्थित युग्मित-आयन क्वैबिट की तुलना में बहुत लंबे समय तक सुसंगतता समय (कुछ मामलों में 100 गुना अधिक) के अनुरूप थीं। टीम ने इन लंबे सुसंगतता समयों की व्याख्या करते हुए कहा कि युग्मित आयन पास के एकल आयनों के साथ ऊर्जा का आदान-प्रदान नहीं कर सकते हैं और इस प्रकार उनके साथ बातचीत से परेशान नहीं होते हैं।

"इस शोध का उद्देश्य यह साबित करना था कि क्रिस्टल क्षेत्र के स्तर (दुर्लभ-पृथ्वी आयनों पर इलेक्ट्रॉनों के विभिन्न कम-ऊर्जा संगठन) के क्वांटम सुसंगत सुपरपोजिशन उत्पन्न करना संभव है, यहां तक ​​​​कि आयनों की उच्च सांद्रता पर भी," बताते हैं। टीम के सदस्य मार्कस मुलर. "सबसे पहले, यह बिल्कुल स्पष्ट नहीं था कि हम इस तरह के शोर भरे माहौल में कोई सुसंगतता देख पाएंगे और यह एक अप्रत्याशित खोज थी कि डोप्ड संस्थाओं के बीच सुसंगतता अत्यधिक गैर-समान थी और उच्च सुसंगतता के 'द्वीप' देख सकते हैं जीवित बचना।"

उन्होंने आगे कहा कि यह खोज क्वांटम कंप्यूटिंग आर्किटेक्चर के डिजाइनों को सूचित कर सकती है - विशेष रूप से उन योजनाओं के लिए जिनमें क्वैब को होस्ट मैट्रिक्स में यादृच्छिक रूप से प्रत्यारोपित किया जाता है। अन्य संभावित अनुप्रयोगों में अपने वातावरण में चुंबकीय गतिशीलता के लिए क्वांटम सेंसर के रूप में क्वैबिट का उपयोग करना शामिल है। उदाहरण के लिए, यह शोधकर्ताओं को कई-शरीर स्थानीयकरण के अध्ययन में यादृच्छिक, द्विध्रुवीय युग्मित प्रणालियों में स्पिन प्रसार की गति और इसे कम करने में द्विध्रुवीय इंटरैक्शन की भूमिका की जांच करने में सक्षम कर सकता है।

युग्म क्वैबिट की संवेदनशीलता को अनुकूलित करना

आगे देखते हुए, शोधकर्ताओं का लक्ष्य अपनी जोड़ी क्वैबिट की संवेदनशीलता को अनुकूलित करना और परमाणु स्पिन से मुक्त मेजबान सामग्रियों में स्थानीय इलेक्ट्रो-न्यूक्लियर राज्यों के क्वांटम सुपरपोजिशन को फिर से बनाना है। परमाणु स्पिन को हटाने से चुंबकीय शोर के अवांछित स्रोत कम हो जाएंगे, जो YLiF में है4 मुख्य रूप से फ्लोरीन परमाणुओं के घूमने से उत्पन्न होते हैं।

मुलर ने खुलासा किया, "हम विभिन्न कोणीय गति के आयन राज्यों के समान सुसंगत सुपरपोजिशन प्राप्त करने का भी प्रयास करेंगे।" “ये माइक्रोवेव क्षेत्र (30 गीगाहर्ट्ज) से उत्तेजना आवृत्तियों की सीमा का विस्तार करेंगे, जिसे हम वर्तमान में ऑप्टिकल रेंज में नियोजित करते हैं, जहां मजबूत लेजर की उपलब्धता तेजी से उत्तेजना समय (रबी आवृत्तियों) की अनुमति देती है। वास्तव में, हमने इस दिशा में आशाजनक प्रारंभिक परिणाम पहले ही प्राप्त कर लिए हैं।"

टीम क्वांटम सूचना प्रसंस्करण या सिलिकॉन में डोपेंट के साथ कंप्यूटिंग के संदर्भ में डोपेंट के जोड़े का उपयोग करने के तरीकों की भी खोज कर रही है।

अध्ययन में विस्तृत है प्रकृति भौतिकी.

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