Paremman kvanttibitin rakentaminen

Kuva kubitin alustasta, joka on tehty yhdestä elektronista kiinteällä neonilla

Argonnen kansallisen laboratorion tutkijoiden johtama ryhmä läheisessä yhteistyössä Floridan FAMU-FSU College of Engineeringin apulaisprofessori Wei Guon kanssa tiedottavat uudenlaisen kubittialustan luomisesta, joka on lupaava kehittäväksi tulevaisuuden kvanttitietokoneisiin.

"Guon mukaan "Tämän tutkimuksen avulla uskomme saavamme läpimurron, joka vie pitkälle kubittien tekemiseen."

Tiimi loi kubittinsa jäädyttämällä neonkaasua kiinteäksi aineeksi erittäin alhaisissa lämpötiloissa spreijaamalla elektroneja hehkulangasta tälle kiinteälle aineelle ja vangitsemalla yhden elektronin sinne.

Vaikka kubittityyppejä on monia vaihtoehtoja, ryhmä valitsi yksinkertaisimman - yhden elektronin. Yksinkertaisen hehkulangan lämmittäminen voi helposti laukaista rajattoman määrän elektroneja.

Yksi tärkeä kubittien ominaisuus on koherenssiaika, joka määräytyy sen mukaan, miten kubitit ovat vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa.

Tästä syystä ryhmä päätti vangita elektronin ultrapuhtaalle kiinteälle neonpinnalle tyhjiössä. Neon on yksi vain kuudesta inertistä alkuaineesta, mikä tarkoittaa, että se ei reagoi muiden alkuaineiden kanssa.

"Tämän inerttisyyden ansiosta kiinteä neon voi toimia puhtaimpana mahdollisena kiinteänä aineena tyhjiössä ja näin isännöidä ja suojata kubitteja häiriöiltä", sanoi Dafei Jin, Argonnen tutkija ja projektin päätutkija.

Käyttämällä sirukokoista suprajohtavaa resonaattoria - kuten pienoismikroaaltouunia - ryhmä pystyi manipuloimaan loukkuun jääneitä elektroneja, jolloin ne pystyivät tallentamaan ja lukemaan informaatiota kubitista, tehden sen hyödylliseksi käytettäväksi tulevissa kvanttitietokoneissa.

Aikaisemmissa tutkimuksissa on käytetty nestemäistä heliumia väliaineena elektronien hallitsemiseen. Kiinteä neon tarjoaa materiaalin, jossa on vähän vikoja ja joka ei värise niin kuin nestemäinen helium.

Alustan rakentamisen jälkeen ryhmä suoritti reaaliaikaisia kubittioperaatioita käyttämällä yksittäistä mikroaaltofotonia loukkuun jääneessä elektronissa ja karakterisoi sen kvanttiominaisuuksia.

Nämä testit osoittivat, että kiinteä neon tarjosi elektronille vankan ympäristön erittäin alhaisella sähköisellä kohinalla. Mikä tärkeintä, kubitit saavuttivat sellaiset koherenssiajat kvanttitilassa, jotka kilpailevat muiden huipputekniikan kubittien kanssa.

Tukijoiden mukaan kubittialustan yksinkertaisuuden pitäisi soveltua myös yksinkertaiseen ja edulliseen valmistukseen.

Aiheesta aiemmin:

"Kuumat" spinkvanttibitit piitransistoreissa

Helium ja kvanttitietotekniikka