Kvanttitilat säilyivät yli viisi sekuntia

Argonnen kansallisen laboratorion ja Chicagon yliopiston yhteinen tutkijaryhmä on saavuttanut kaksi suurta läpimurtoa kvanttijärjestelmien yleisten haasteiden voittamiseksi.

He pystyivät lukemaan kubittinsa tarvittaessa sekä pitämään kvanttitilan muuttumattomana yli viisi sekuntia – uusi ennätys tälle laitetyypille. Lisäksi tutkijoiden kubitit on valmistettu varsin yleisestä materiaalista eli piikarbidista.

"On harvinaista, että kvanttitietoa säilytetään näillä aikaskaaloilla", sanoo David Awschalom, hankkeen päätutkija. "Viisi sekuntia on tarpeeksi pitkä lähettää valonnopea signaali kuuhun ja takaisin.”

"Tämä pohjimmiltaan tuo piikarbidin eturintamaan kvanttiviestinnän alustana", sanoi Chicagon jatko-opiskelija Elena Glen."

Ensimmäinen läpimurto tutkijoille oli tehdä piikarbidien vikakohtien spin-kubiteista helpompi lukea.

Puolijohdekubiteille, kuten ryhmän mittaamille, tyypillinen lukumenetelmä on käsitellä kubitit lasereilla ja mitata takaisin emittoituvaa valoa. Tämä menettely on kuitenkin haastava, koska se vaatii yksittäisten fotonien havaitsemisen erittäin tehokkaasti.

Nyt tutkijat käyttävät huolellisesti suunniteltuja laserpulsseja lisätäkseen yhden elektronin kubittiinsa riippuen sen alustuksen kvanttitilasta, joko nollasta tai ykkösestä. Sitten kubitti luetaan samalla tavalla kuin ennenkin eli laserilla.

"Tässä vaiheessa emittoiva valo heijastaa elektronin puuttumista tai läsnäoloa lähes 10 000 -kertaisella signaalilla", Glen sanoo." Muuttamalla hauras kvanttitilamme stabiileiksi elektronivarauksiksi, voimme mitata tilamme paljon, paljon helpommin. Tällaisella signaalin tehostuksella saamme luotettavan vastauksen joka kerta, kun tarkistamme, missä tilassa kubitti on. Tämän tyyppistä mittausta kutsutaan Single Shot Readoutiksi ja sen avulla voimme avata monia hyödyllisiä kvanttitekniikoita."

Yhden laukauksen lukumenetelmällä varustetut tutkijat voisivat keskittyä saamaan kvanttitilat kestämään mahdollisimman pitkään. Se on ollut häijy haaste kvanttiteknologioille, koska kubitit menettävät helposti informaationsa.

"Tämä uusi ennätysaika tarkoittaa, että voimme suorittaa yli 100 miljoonaa kvanttioperaatiota ennen kuin tilamme sekoittuu", Chris Anderson sanoi. Tiedemiehet näkevät kehittämilleen tekniikoille useita mahdollisia sovelluksia.

"Kyky suorittaa yhden oton lukeminen avaa uuden mahdollisuuden piikarbidikubittien emittoivan valon käyttämiseen tulevaisuuden kvantti-internetin kehittämiseen", Glen sanoo.

"Olemme pohjimmiltaan tehneet kääntäjän, joka muuntaa kvanttitiloja elektronien maailmaan, jotka ovat klassisen elektroniikan kieli, kuten älypuhelimen kieli", Anderson sanoi."

Aiheesta aiemmin:

Atomeilla ja spineillä

Kvanttianturit ohenevat