Можливо, незабаром ми нарешті отримаємо ідеальний будівельний блок для квантових комп’ютерів

Один електрон (синя хвиля) над твердим неоновим блоком (червоним). (Dafei Jin/Аргонська національна лабораторія)

Ми вже маємо свого роду квантові комп'ютери , але на даний момент вони недостатньо практичні, надійні чи масштабні, щоб повністю реалізувати величезний потенціал технології.

Щоб наблизитися до цієї кінцевої мети, вчені працюють над тим, що, на їхню думку, може стати ідеальним будівельним матеріалом для a стільки, скільки комп'ютер .

Ці будівельні блоки називаються кубітами. На відміну від класичних комп’ютерних бітів, які зберігають або 1, або 0 в будь-який момент часу, ці кубіти можуть існувати одночасно в стані 0 і 1, подібно до знаменитий мислительний експеримент Шредінгера в якому кіт може бути як живим, так і мертвим.



Ця квантова здатність обіцяє експоненціальний стрибок вперед у обчислювальній потужності.

Існують різні способи побудови кубіта, і бачення, викладене в новому дослідженні, потенційно є найближчим до ідеального кубіту, але воно все ще має пройти кілька шляхів, перш ніж воно стане реальністю.

Він складається з одного електрона, захопленого на поверхні замороженого газу неону. Потім електроном можна керувати за допомогою надпровідної квантової схеми.

«Завдяки відносній простоті платформи «електрон-на-неоні» її можна буде легко виготовити за низькі витрати», каже квантовий фізик Дафей Джин з Аргонської національної лабораторії в Іллінойсі.

«Здається, ідеальний кубіт може бути на горизонті».

Новий кубіт відповідає трьом основним критеріям, встановленим вченими. По-перше, це необхідність залишатися стабільною протягом тривалого періоду часу, відома як квантова когерентність. в квантові обчислення , довгий час становить близько секунди.

У цьому випадку надчиста тверда неонова поверхня дуже стійка до перешкод. Захоплюючи електрон у вакуумі, електрон може залишатися стабільним достатньо довго, щоб кубітом можна було маніпулювати для будь-якого завдання.

Кубіти також повинні мати можливість дуже швидко змінюватися з одного стану в інший (приблизно за мільярдну частку секунди або наносекунду). Нарешті, вони повинні бути здатними заплутаність – це означає, що вони повинні мати можливість легко зв’язуватися з іншими кубітами.

Саме ці паралельні багатокубітні операції розкриють потужність і потенціал повного квантового обчислення.

Іншою ключовою частиною нового кубіта є мікрохвильовий резонатор на основі надпровідника під кубітом – він має вирішальне значення для зчитування стану кубіта та вимірювання того, наскільки добре він працює.

«За допомогою цієї платформи ми вперше в історії досягли сильного зв’язку між одним електроном у майже вакуумному середовищі та одним мікрохвильовим фотоном у резонаторі», каже XianjingZhou з Аргонської національної лабораторії.

«Це відкриває можливість використовувати мікрохвильові фотони для керування кожним електронним кубітом і зв’язувати багато з них у квантовому процесорі».

Але ось у чому заковика – ці екстремальні вимоги до температури означають, що тестування проводилося в науковому приладі під назвою «холодильник розведення», який здатний знизити температуру лише до 10 міліградусів вище абсолютного нуля (це -273,15 градусів за Цельсієм або -459,67 градусів за Фаренгейтом).

Маючи це на увазі, ми явно ще не на тому етапі, щоб мати можливість упакувати подібні кубіти в ноутбуки. Але навіть на цій ранній стадії, з точки зору когерентності, кубіт вже працює на тому ж рівні, що й альтернативи, які розроблялися десятиліттями.

Компанії, включаючи Google, Microsoft і IBM, просуваються з власними проектами кубітів, але дослідники, які стоять за новою технологією, вважають, що рішення, яке вони придумали, може бути найперспективнішим.

«Наша амбітна мета полягає не в тому, щоб конкурувати з цими компаніями, а в тому, щоб відкрити та побудувати принципово нову систему кубітів, яка могла б привести до ідеальної платформи», каже Джин .

Дослідження опубліковано в природа .

Про Нас

Публікація Незалежних, Перевірених Фактів Звітів Про Здоров'Я, Космос, Природу, Технології Та Навколишнє Середовище.