Наскоро бе съобщено, че изследователи са разработили свръхпроводящ флуксониев кубит, способен да съхранява информация за 1.43 милисекунди, десет пъти по-дълго от предишните кубитни технологии.
Въпреки че се измерва в милисекунди, този напредък може да има значителни последици за квантовите изчисления, позволявайки по-стабилни и надеждни квантови системи и потенциално ускорявайки развитието на широкомащабни квантови изчисления.
Първата стъпка в изграждането на квантов компютър е да се избере как да се направят ключовите му компоненти, наречени кубити - основните единици на квантовата информация. Един от популярните варианти, подкрепян от изследователски лаборатории и индустриални компании като IBM и Google, е трансмонният свръхпроводящ кубит. Но както всички кубити, те могат да станат неефективни при съхраняването и обработката на информация след ако в средата им има малки смущения.
Аарон Соморов (Aaron Somoroff) от Университета на Мериленд и неговите колеги сега показват, че флуксониевият кубит, по-сложен свръхпроводящ братовчед на трансмоновия, може да остане полезен за по-дълго време.
Те са направили своя флуксониев кюбит, като са положили изключително тънки проводници от титан и алуминий върху сапфирен чип в специална конфигурация, създавайки много канали между редове от свръхпроводими "острови". Тези проводници се свръхпроводими само при изключително ниски температури, затова изследователите държат чипа в хладилник при температура от около 0,008 Келвина.
Когато прекарали електричество през чипа, специалното оформление и свръхпроводимостта на проводниците позволили на чипа да има няколко различни квантови състояния. Всяко от тях може да се използва за кодиране на информация в 1 и 0, или "включено" и "изключено", подобно на начина, по който работят обикновените компютри. Тъй като това са квантови състояния обаче, чипът предлага и безкрайно много възможности между 1 и 0. За да прецени колко полезни са тези множество състояния, екипът измерва времето на кохерентност на чипа, което показва колко дълго един кубит може да съхранява информация без грешка.
Кубитите са ценни поради своите квантови свойства, които, когато са вплетени, правят много по-лесно решаването на някои сложни алгоритми. Има обаче сериозен проблем на пътя на реализирането на тези обещания: продължителността на времето, през което кубитите могат да запазят информация, известно още като време на кохерентност. Тези критични свойства не се вплитат само с други кубити. Те могат да взаимодействат с всичко в тяхната среда, често преди ценната им информация да може да бъде измерена.
Пробивът на изследователите от Университета в Мериленд може да има далечни последици за бъдещето на квантовите изчисления, проправяйки пътя за по-стабилни и надеждни квантови системи.
Подробности за тази работа могат да бъдат намерени в списание Physical Review Letters.
Флуксониумът открива нова квантова ера
Флуксониевият кубит е получил името си от принципа си на работа: той се основава на операции, възникващи при ключови преходи в свръхпроводяща верига. Това е верига, която може да провежда електричество без съпротивление. След това тази верига се манипулира, за да се създадат разединения или ключови точки на свързване за кубита.
В случая на флуксониевия кубит тези съединения играят ключова роля в способността на кубита да съхранява информация за дълго време. Изследователите също така използват специални техники за охлаждане, за да поддържат свръхпроводящата верига при изключително ниските температури, необходими за запазване на свръхпроводимостта на материалите.
След поредица от експерименти за оптимизиране на дизайна на веригата и отделянето, авторите успяват да постигнат време на кохерентност от 1.43 милисекунди, а най-добрите трансмонни кубити имат време на кохерентност от стотици микросекунди, казва Соморов.
Въпреки че това време може да изглежда твърде малко в човешки мащаб, то представлява значително подобрение в областта на квантовите изчисления - 10-кратно увеличение на времето спрямо предишния рекорд.
Изследователите също така установяват, че могат да променят състоянието на своя кубит - нещо, което би трябвало да се случи многократно по време на изчисление на флуксониев квантов компютър - с 99,991 % точност. Това прави флуксониевия кубит един от най-надеждните съществуващи кубити, който почти винаги променя състоянието си точно според инструкциите.
Едно от големите предимства на използването на свръхпроводящи системи за измерване на квантовите свойства на електроните е, че те вече са базирани на електронни схеми. Това е област, в която сме натрупали значителен опит чрез десетилетия изследвания и разработки. Това познаване на електронните схеми прави флуксониевите кубити теоретично по-подходящи за интегриране в по-големи системи. Освен това техният специален дизайн може да помогне за ограничаване на грешките, което е постоянен проблем в областта на квантовите изчисления.
Към практическото използване на кубити
Важността на това откритие се крие в потенциала, който то отваря за подобряване на производителността и ефективността на квантовите компютри. Времето на кохерентност винаги е било основна пречка за ефективността на квантовите системи. Благодарение на това откритие флуксониевите кубити вече могат да съхраняват информация десет пъти по-дълго от предишните технологии, което би могло да позволи по-сложни и прецизни изчисления.
Това постижение също така поставя флуксониевите кубити в пряка конкуренция с трансмонните кубити, които в момента са тип свръхпроводящи кубити, предпочитани от компании като Google и IBM за техните квантови компютри. Това потенциално може да доведе до диверсификация на технологиите, използвани в квантовите изчисления, което от своя страна може да стимулира иновациите и повишаването на производителността.
Освен това, изследователите са убедени, че флуксониевите кубити могат да стигнат дори по-далеч по отношение на кохерентност и стабилност. Това означава, че може да видим още по-големи подобрения в бъдеще. Това е много важно, тъй като учените се стремят да увеличат размера на своите квантови изчислителни системи. Наистина, тъй като тези системи стават по-големи, кохерентността и стабилността на кубитите стават по-важни, за да се гарантира, че работят правилно.
Справка: Millisecond Coherence in a Superconducting Qubit
Aaron Somoroff, Quentin Ficheux, Raymond A. Mencia, Haonan Xiong, Roman Kuzmin, and Vladimir E. Manucharyan
Phys. Rev. Lett. 130, 267001 – Published 29 June 2023 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.267001
Източник: 'Fluxonium’ is the longest lasting superconducting qubit ever, New Scientist
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари