Новият пробив в кубит може да трансформира квантовите изчисления


Изграждане на по-добър квантов бит: Новият пробив в кубит може да трансформира квантовите изчисления - Новини от Щатския университет на Флорида

Илюстрация на платформата кубит, направена от един електрон върху твърд неон. Изследователите замразяват неонов газ в твърдо вещество при много ниски температури, пръскат електрони от електрическа крушка върху твърдото вещество и улавят един-единствен електрон там, за да създадат кубит. Кредит: Дафей Джин/Национална лаборатория в Аргон

Без съмнение разглеждате тази статия на цифрово устройство, чиято основна единица за информация е битът, 0 или 1. Учените по целия свят се надпреварват да разработят нов вид компютър, базиран на използването на квантови битове или кубити, които могат едновременно да бъде 0 и 1 и един ден може да реши сложни проблеми отвъд всички класически суперкомпютри.

Екип, ръководен от изследователи от Националната лаборатория в Аргон на Министерството на енергетиката на САЩ (DOE), в тясно сътрудничество с доцента по машиностроене на FAMU-FSU College of Engineering Wei Guo, обяви създаването на нова платформа qubit, която показва голямо обещание за да бъдат развити в бъдещи квантови компютри. Работата им е публикувана в природата.

„Квантовите компютри биха могли да бъдат революционен инструмент за извършване на изчисления, които са практически невъзможни за класическите компютри, но все още има работа, за да ги превърнем в реалност“, каза Гуо, съавтор на книга. “С това изследване смятаме, че имаме пробив, който е дълъг път към създаването на кубити, които помагат да се реализира потенциалът на тази технология.”

Екипът създаде своя кубит чрез замразяване неонов газ в твърдо вещество при много ниски температури, разпръсквайки електрони от a крушка върху твърдото тяло и улавя един електрон там.

Въпреки че има много възможности за избор от типове кубити, екипът избра най-простия – a единичен електрон. Загряването на обикновена светлинна нишка, каквато може да намерите в детската играчка, може лесно да изстреля безграничен запас от електрони.

Едно важно качество за кубитите е способността им да остават в едновременно състояние 0 или 1 за дълго време, известно като „време на съгласуваност“. Това време е ограничено и ограничението се определя от начина, по който кубитите взаимодействат с тяхната среда. Дефектите в системата qubit могат значително да намалят времето за кохерентност.

Поради тази причина екипът избра да улови електрон върху свръхчиста твърда неонова повърхност във вакуум. Неонът е един от само шестте инертни елемента, което означава, че не реагира с други елементи.

„Поради тази инертност твърдият неон може да служи като възможно най-чистото твърдо вещество във вакуум, за да приеме и защити всякакви кубити от нарушаване“, каза Дафей Джин, учен от Аргон и главен изследовател на проекта.

Чрез използване на свръхпроводящ резонатор в мащаб на чип – като миниатюрна микровълнова фурна – екипът успя да манипулира уловените електрони, позволявайки им да четат и съхраняват информация от кубита, като по този начин го направи полезен за използване в бъдещи квантови компютри.

Предишни изследвания използваха течен хелий като среда за задържане на електрони. Този материал беше лесен за направа без дефекти, но вибрациите на повърхността без течност могат лесно да нарушат състоянието на електроните и следователно да компрометират работата на кубита.

Твърдият неон предлага материал с малко дефекти, който не вибрира като течен хелий. След като изгради своята платформа, екипът извърши кубитни операции в реално време, използвайки микровълнови фотони върху хванат електрон и характеризираше неговите квантови свойства. Тези тестове показаха, че твърдият неон осигурява здрава среда за електрона с много нисък електрически шум, който да го смущава. Най-важното е, че кубитът постигна времена на кохерентност в квантовото състояние, конкурентно с други най-съвременни кубити.

Простотата на кубит платформата също трябва да се поддава на просто, евтино производство, каза Джин.

Обещанието на квантовите изчисления се крие в способността на тази технология от следващо поколение да изчислява определени проблеми много по-бързо от класическите компютри. Изследователите се стремят да комбинират дългите времена на кохерентност със способността на множество кубити да се свързват заедно – известно като заплитане. По този начин квантовите компютри биха могли да намерят отговорите на проблеми, които на класическия компютър биха отнели много години за разрешаване.

Помислете за проблем, при който изследователите искат да намерят най-ниската енергийна конфигурация на протеин, съставен от много аминокиселини. Тези аминокиселини може да се сгъва по трилиони начини, които не са класически компютър има памет за работа. С квантово изчислениеможе да се използват заплетени кубити, за да се създаде суперпозиция на всички сгъваеми конфигурации – осигурявайки възможност за проверка на всички възможни отговори едновременно и решаване на проблема по-ефективно.

„Изследователите ще трябва само да направят едно изчисление, вместо да опитват трилиони възможни конфигурации“, каза Гуо.


Първи хибриден квантов бит, базиран на топологични изолатори


Повече информация:
Дафей Джин, Единични електрони върху твърд неон като твърдотелна кубитна платформа, природата (2022 г.). DOI: 10.1038 / s41586-022-04539-x. www.nature.com/articles/s41586-022-04539-x

Цитат: Изграждане на по-добър квантов бит: Новият пробив в qubit може да трансформира квантовите изчисления (2022 г., 4 май), извлечен на 4 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-05-quantum-bit-qubit-breakthrough.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.