Успешно е създаден първият в света напълно функционален механичен кубит от учени от Швейцарския федерален технологичен институт (ETH) в Цюрих. Тази квантова иновация представлява двойна система, съчетаваща механичен осцилатор и свръхпроводящ кубит.
Квантовите компютри, които теоретично могат да намерят отговори на проблеми, които никой обикновен компютър не би могъл да разреши, разчитат на компоненти, наречени като кубити. Вместо да представят данни само с единици и нули, кубитите могат да съхраняват данни в суперпозиция на двете състояния.
Сега учените са създали първия механичен кубит — всъщност мембрана, подобна на кожата на барабана, която може да се държи малко като котката на Шрьодингер - може да съхранява информация като стабилно състояние, вибриращо състояние или състояние, което е и двете едновременно.
Това може да доведе до механични квантови компютри, способни да изпълняват дълги, сложни програми, както и нови квантови сензори, казват изследователите.
В момента повечето кубити разчитат на суперпозиции на електронни състояния - например две различни нива на електрически заряд. Но електромагнитните кубити обикновено имат кратък живот или времена на кохерентност, преди техните сложни, крехки квантови състояния да се разпаднат. Това значително ограничава използването им.
Търсейки по-дълги времена на съгласуваност, изследователите се насочват към създаването на механични кубити. Те биха зависели от суперпозиции на вибрационни състояния и на теория биха могли да притежават дълги времена на кохерентност в сравнение с електромагнитните кубити.
Отбелязвайки, че истинският проблем с виртуалните кубити е тяхната кратка продължителност (те се появяват и изчезват светкавично), изследователите използват нещо, което би издържало много по-дълго - пиезоелектричен диск, фиксиран към сапфирена основа. Пиезоелектричният диск се използва като механичен резонатор. След това те прикрепят кубит, направен от свръхпроводящ материал, фиксиран към собствената му сапфирена основа, използвайки специална разработена от тях техника.
Механичен кубит, направен от резонатор [кръг], свързан с електронен кубит [отгоре]. Кредит: UWE VON LÜPKE
Хармоници и хибридни кубити
Едно от основните предизвикателства, които са попречили на създаването на механични кубити, е странност на техните енергийни състояния. Електромагнитният кубит се държи "енхармонично". Това означава, че има неравномерни количества енергия между неговите електронни състояния и това е различното естество на тези състояния, което ги прави полезни като кубити.
Обратно, механичните резонатори, работещи с изключително малки количества енергия, типични за квантовото изчисление, се държат хармонично: нивата на енергия между неговите вибриращи състояния са равномерно разпределени и така създаването на кубит само от тях е по същество невъзможно.
Неотдавна учените напипват потенциалното решение - ако някой свърже механични резонатори с анхармоничен компонент, като електромагнитен кубит, полученият хибрид ще действа анхармонично и ще има време на кохерентност. Но в случая кохерентното време на полученото хибридно устройство разчита на кохерентното време на електромагнитния кубит.
В изследването, докладвано тази седмица, изследователите са използвали пиезоелектричен диск върху сапфирена плоча като механичен резонатор и са го свързали към свръхпроводящ кубит на отделен сапфирен чип като анхармоничен компонент.
Използвайки разработена от тях техника, те подобряват времето на кохерентност както на свръхпроводящия кубит, така и на механичните компоненти, новото устройство постигна високата кохерентност, необходима за механичен кубит. Важно е, че механичните и свръхпроводящите компоненти на новото устройство работят на много сходни честоти, което помогна на неговото анхармонично поведение да продължи по-дълго, обясняват авторите.
Времето на кохерентност на новия механичен кубит зависи от времето на кохерентност на неговия свръхпроводящ компонент, но не е ограничено от него. В тяхната система механичният кубит всъщност има много по-дълъг живот в сравнение със свръхпроводящия кубит, а скоростта на декохерентност на тяхното хибридно устройство може да се разглежда като лежаща между тези на неговите механични вибрации и неговия свръхпроводящ кубит, но претеглена силно към скоростта на декохерентност на механичните вибрации.
Текущият рекорд за време на кохерентност на свръхпроводящ кубит е около 1 милисекунда, но това не е типичен резултат. Обикновено свръхпроводящите кубити имат кохерентни времена от около 100 микросекунди. За сравнение, прототипът на механичния кубит постигна време на кохерентност от около 200 микросекунди.
Екипът планира да продължи работата си, като се стреми да подобри времето за съгласуваност, използвайки различни материали. Изследователите имат намерение да тестват своите кубити с квантови портове, за да видят колко добре се представят в компютър.
Справка: Yu Yang et al, A mechanical qubit, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adr2464
Източник:
Scientists Make First Mechanical Qubit, spectrum.ieee.org
Physicists create the first fully mechanical qubit, Bob Yirka, Phys.org
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари