Qubiții cu viață lungă supraviețuiesc ca „insule” într-un mediu zgomotos – Physics World

Durata de timp în care biții cuantici (qubiții) își păstrează natura cuantică este crucială pentru calculul cuantic, deoarece determină numărul și complexitatea calculelor pe care le pot efectua. De zeci de ani, înțelepciunea convențională a fost că creșterea acestui așa-zis timp de coerență a însemnat protejarea qubiților unul de celălalt și de perturbațiile externe. Acum, însă, cercetătorii de la Institutul Paul Scherrer din Elveția, ETH Zurich și EPF Lausanne au dat peste cap această idee, arătând că unii qubiți pot supraviețui perioade mai lungi într-un mediu zgomotos.

Ca și computerele clasice care stochează informații în biți care au valori de 0 sau 1, calculul cuantic se bazează pe sisteme care există în două stări posibile. Diferența este că qubiții pot fi, de asemenea, într-o suprapunere a acestor două stări. Această ambiguitate le permite să efectueze anumite calcule mult mai rapid decât mașinile clasice, dar stările cuantice sunt fragile și tind să se decoereze – ceea ce înseamnă că revin la a se comporta ca 0-urile și 1-urile clasice, pierzându-și prețioasele informații cuantice.

În cea mai recentă lucrare, cercetătorii conduși de un om de știință fotonic Gabriel Aeppli au studiat qubiții în stare solidă formați din ioni de terbiu dopați în cristale de fluorură de ytriu litiu (YLiF)₄). Acești ioni posedă două niveluri cuantice joase, cu o diferență de energie în domeniul frecvenței comunicațiilor 5G și sunt aceste sisteme cu două stări pe care cercetătorii le-au folosit ca qubiți. Ei au descoperit că, în timp ce majoritatea qubiților experimentează doar timpi medii de coerență, câțiva qubiți care se formează în perechi de ioni de terbiu situati aproape unul de celălalt se dovedesc a fi „excepțional de coerenți”.

Vârfuri ascuțite, distincte

Cercetătorii au observat acești qubiți neobișnuit de coerenți folosind spectroscopie cu microunde și sonde de eco spin, care sunt utilizate în mod obișnuit pentru a măsura timpii de coerență. Ei au găsit vârfuri foarte ascuțite și distincte în măsurătorile lor de eco, corespunzând unor timpi de coerență mult mai lungi (de 100 de ori mai lungi în unele cazuri) pentru qubiții cu ioni perechi decât pentru qubiții aflați la distanțe medii față de vecinii lor. Echipa explică acești timpi lungi de coerență observând că ionii perechi nu pot face schimb de energie cu ionii unici din apropiere și, prin urmare, nu sunt perturbați de interacțiunile cu aceștia.

„Scopul acestei cercetări a fost acela de a demonstra că este posibil să se genereze suprapuneri coerente cuantice ale nivelurilor câmpului cristalin (diferite organizații de energie joasă a electronilor de pe ionii de pământuri rare), chiar și la concentrații destul de mari ale ionilor”, explică. membru al echipei Markus Mueller. „La început, nu era deloc clar că vom putea vedea vreo coerență într-un mediu atât de zgomotos și a fost o descoperire neașteptată că coerența era extrem de neuniformă între entitățile dopate și că „insulele” de înaltă coerență pot supravieţui."

Descoperirea ar putea informa proiectele de arhitecturi de calcul cuantic, adaugă el, în special pentru schemele în care qubiții sunt implantați aleatoriu într-o matrice gazdă. Alte aplicații potențiale includ utilizarea qubiților ca senzori cuantici pentru dinamica magnetică în mediile lor. Acest lucru ar putea, de exemplu, să le permită cercetătorilor să probeze viteza difuziei spinului în sisteme aleatoare, cuplate dipolare, în studii de localizare a mai multor corpuri și rolul pe care interacțiunile dipolare îl joacă în degradarea acesteia.

Optimizarea sensibilității perechilor de qubiți

Privind cu nerăbdare, cercetătorii urmăresc să optimizeze sensibilitatea perechilor lor de qubiți și să recreeze suprapozițiile cuantice ale stărilor electro-nucleare locale în materiale gazdă care sunt lipsite de spin nuclear. Eliminarea spinului nuclear va minimiza sursele nedorite de zgomot magnetic, care în YLiF₄ provin în principal din spinul atomilor de fluor.

Qubiții de încărcare primesc o creștere de o mie de ori

„Vom încerca, de asemenea, să obținem suprapuneri similare coerente ale stărilor ionilor cu moment unghiular diferit”, dezvăluie Müller. „Acestea vor extinde gama de frecvențe de excitație din regiunea de microunde (30 GHz) pe care o folosim în prezent până la domeniul optic, unde disponibilitatea laserelor puternice permite timpi de excitare mai rapizi (frecvențele Rabi). Într-adevăr, am obținut deja rezultate preliminare promițătoare în această direcție.”

Echipa explorează, de asemenea, modalități de utilizare a perechilor de dopanți în contextul prelucrării informațiilor cuantice sau al calculării cu dopanți în siliciu.

Studiul este detaliat în Fizica naturii.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/long-lived-qubits-survive-as-islands-in-a-noisy-environment/