A töltési qubitek ezerszeres növekedést kapnak – Physics World

Az egyesült államokbeli kutatók a töltéskvantumbitek (qubitek) koherenciaidejét 1000-szeresére javították, köszönhetően a megalkotásukhoz használt anyagok fejlődésének. Által vezetett Dafei Jin az Argonne Center for Nanoscale Materials és David schuster A Stanford Egyetemen és a Chicagói Egyetemen a több intézményből álló csapat azt is megmutatta, hogy 98.1%-os pontossággal le lehet olvasni ezeknek a kvbiteknek az állapotát – ez az érték Jin szerint tovább fog növekedni a kifinomultabb kiolvasási technológiák segítségével.

A koherenciaidő létfontosságú a kvantumszámítástechnikában, mivel azt jelzi, hogy egy qubit mennyi ideig maradhat több állapot szuperpozíciójában, mielőtt a környezeti zaj dekoherálná vagy elveszítené kvantumtermészetét. Ebben az időszakban a kvantumszámítógép olyan összetett számításokat végezhet, amelyeket a klasszikus számítógépek nem.

Sok kvantumrendszer képes qubitként működni. A spin qubitek például kvantuminformációt kódolnak egy elektron vagy atommag spinjében, amely lehet felfelé, lefelé vagy a kettő szuperpozíciója. A töltés qubitek a maguk részéről kvantuminformációt képviselnek a qubit rendszerben lévő elektron túltöltésének megléte vagy hiánya révén. Ők viszonylag újak – a csapat tagjai létrehozta az elsőt 2022-ben – és Jin szerint számos előnnyel rendelkeznek a spin qubitekkel szemben.

"A töltési qubitek általában sokkal gyorsabb működési sebességet tesznek lehetővé, mivel a töltések erősen párosulnak elektromos mezőkkel" - magyarázza. „Ez előnyös a spin qubitekkel szemben, mivel a spinek gyengén párosulnak a mágneses mezőkkel. A töltő qubit eszközöket általában sokkal könnyebb előállítani és működtetni, mivel a legtöbb meglévő gyártási és üzemeltetési infrastruktúra töltéseken és elektromos mezőkön alapul, nem pedig forgásokon és mágneses mezőkön. Gyakran kompaktabbá tehetők.”

Az Ultraclean rendkívül csendes

Jin elmagyarázza, hogy a kutatók úgy hozták létre a töltési qubiteket, hogy egy elektront befogtak egy kvantumpontba, amely atomok nanoméretű gyűjteménye, amely úgy viselkedik, mint egy kvantumrészecske. A kvantumpont egy szilárd neonból készült felületen nyugszik, és vákuumban van elhelyezve.

Jin szerint ez az ultratiszta környezet kulcsfontosságú a kísérlet sikeréhez. A neon, mint nemesgáz, nem képez kémiai kötéseket más elemekkel. Valójában, amint a csapat rámutat a Természetfizika A kutatásról szóló tanulmány szerint a neon alacsony hőmérsékletű és vákuumhoz közeli környezetben ultratiszta félkvantum szilárd anyaggá kondenzálódik, amely mentes mindentől, ami zajt vihetne be a qubitbe. Ez a zajhiány lehetővé tette a csapat számára, hogy a töltési qubit koherencia idejét a korábbi erőfeszítésekre jellemző 100 nanoszekundumról 100 mikroszekundumra növelje.

Ráadásul a kutatók leolvasták ezeknek a qubiteknek az állapotát 98.1%-os hűség kvantumkorlátozott erősítő használata nélkül, amelyet Jin úgy ír le, mint „egy nagyon alacsony hőmérsékleten (esetünkben 10 millikelvinben) elhelyezett speciális eszköz, amely képes felerősíteni a gyenge elektromágneses jeleket, de közel nulla hőzajt hoz”. Mivel az ilyen eszközök javítják a kiolvasási képességet, a 98.1%-os pontosság elérése nélkülük különösen lenyűgöző, mondja Jin. „Jövőbeni kísérleteink során, ha egyszer használjuk őket, a leolvasási hűségünk csak sokkal magasabb lehet” – teszi hozzá.

A következő mérföldkő

Míg a koherenciaidő ezerszeres növekedése már jelentős előrelépést jelent a korábbi töltési qubit rendszerekhez képest, a kutatók még ennél is többet várnak a jövőben. Jin szerint a csapat elméleti számításai azt sugallják, hogy a töltési qubit rendszer elérheti az 1-10 ezredmásodperces koherenciaidőt, ami újabb 10-100-szoros javulást jelent a jelenlegi értékekhez képest. Ennek felismeréséhez azonban a tudósoknak jobban ellenőrizniük kell a kísérlet minden aspektusát, az eszközök tervezésétől és gyártásától a qubit-vezérlésig.

Ipari méretekben gyártott szilícium spin qubitek

Ezen túlmenően Jin és munkatársai továbbra is keresik a rendszer további fejlesztésének módjait.

„A következő legnagyobb mérföldkő az, hogy megmutassuk, hogy két töltéskubit összegabalyítható” – mondja Jin. „Dolgoztunk ezen, és sokat fejlődtünk. Ha ezt elérjük, a qubit platformunk készen áll az univerzális kvantumszámításra, még akkor is, ha néhány részletes teljesítmény folyamatosan javul.”

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/