Askel kohti mekaanisten kubittien toteuttamista

Toistaiseksi vain muutamilla kubittien alustoilla on osoitettu olevan potentiaalia kvanttilaskentaan, korkean tarkkuuden ohjattuihin portteihin, helppoon kubittien väliseen kytkentään ja hyvään eristykseen ympäristöstä, mikä tarkoittaa riittävän pitkäikäistä koherenssia.

Nanomekaaniset resonaattorit voivat olla osa näitä alustoja. Ne ovat oskillaattoreita, kuten jouset ja kitaran kielet, jotka näppäiltäessä luovat harmonisia tai anharmonisia ääniä näppäilyn voimakkuudesta riippuen. Mutta mitä tapahtuu, kun jäähdytämme nanoresonaattorin absoluuttiseen nollalämpötilaan?

Oskillaattorin energiatasot kvantisoituvat ja resonaattori värähtelee sille ominaisella nollapisteliikkeellä. Nollapisteliike johtuu Heisenbergin epävarmuusperiaatteesta. Toisin sanoen resonaattori ylläpitää liikettä, vaikka se on perustilassa. Mekaanisen kubitin toteutuminen on mahdollista, jos resonaattorin kvantisoidut energiatasot eivät ole tasaisin välein.

Haasteena on pitää epälineaariset ilmiöt riittävän suurina kvanttijärjestelmässä, jossa oskillaattorin nollapisteen siirtymä on pieni. Jos tämä saavutetaan, järjestelmää voidaan käyttää kubittina manipuloimalla sitä kahden alimman kvanttitason välillä ajamatta sitä korkeampiin energiatiloihin.

Jo vuonna 2021 esitetyt teoreettiset tulokset osoittivat, että nanomekaanisista resonaattoreista voi todellakin tulla ihanteellisia ehdokkaita kubiteille. Miksi? Koska niillä on osoitettu olevan pitkät koherenssiajat, mikä on kvanttilaskennan ehdoton "pakko".

Ottaen huomioon, että työskentelyyn oli olemassa teoreettinen viitekehys, haasteena oli nyt tehdä kubitti mekaanisesta resonaattorista ja löytää sopivat olosuhteet ja parametrit järjestelmän epälineaarisuuden hallitsemiseksi.

Useiden vuosien työskentely näiden järjestelmien parissa ovat nyt antaneet ensimmäisen erittäin tervetulleen vihreän valon.

ICFO:n tutkijat yhdessä kansainvälisten kumppaneiden kanssa saavuttivat ensimmäiset kokeelliset askeleet mekaanisen kubitin tulevalle toteuttamiselle osoittamalla uuden mekanismin anharmonisuuden lisäämiseksi mekaanisen oskillaattorin kvanttijärjestelmässä.

Tämä uusi mekanismi esittelee merkittävää fysiikkaa, koska toisin kuin odotettiin, epäharmonisuus kasvaa, kun värähtelyt jäähtyvät lähemmäs perustilaa. Tämä on juuri päinvastoin kuin kaikissa muissa mekaanisissa resonaattoreissa tähän mennessä on havaittu.

Tutkijoiden mukaan tämän tutkimuksen tulokset asettivat ensimmäiset ponnahduskivet mekaanisten kubittien tai jopa kvanttisimulaattoreiden tulevalle kehitykselle.

Aiheesta aiemmin: