Kalsiumoksidin kvanttisalaisuus: lähes kohinattomat kubitit

Kalsiumoksidi on halpa, kalkkimainen kemiallinen yhdiste, jota käytetään yleisesti sementin, kipsin, paperin ja teräksen valmistuksessa. Mutta materiaalilla voi pian olla korkean teknologian sovellus.

Chicagon yliopiston Pritzker School of Molecular Engineeringin -tutkijat ja heidän yhteistyökumppaninsa Ruotsissa ovat käyttäneet teoreettisia ja laskennallisia lähestymistapoja selvittääkseen, kuinka pienet, yksinäiset vismuttiatomit, jotka on upotettu kiinteään kalsiumoksidiin, voivat toimia kubitteina.

"Järjestelmällä on jopa parempia ominaisuuksia kuin odotimme", sanoo professori Giulia Galli ja uuden työn vanhempi kirjoittaja. "Sen kohinataso on uskomattoman alhainen, se voi säilyttää informaatiota pitkään, eikä sitä ole tehty hienosta ja kalliista materiaalista."

Vuonna 2022 japanilaisten tiedemiesten ja David Awschalomin ja Gallin ryhmien yhteistyö simuloi yli 12 000 materiaalin ominaisuuksia löytääkseen uusia mahdollisia kiintoaineita, jotka voivat sisältää lupaavia vikoja, jotka toimisivat kubitteina.

Tämä uusi työ osoitti kalsiumoksidin yhdeksi useista materiaaleista, jotka voivat sisältää kubitteja, jotka koodasivat informaatiota erittäin alhaisella kohinatasolla ja erityisen pitkän ajan.

Tässäkin työssä Galli ja hänen kollegansa käyttivät useita laskennallisia menetelmiä, jotka on luotu viime vuosina, joilla he seuloivat yli 9 000 erilaista kalsiumoksidin vikaa niiden potentiaalina käyttää kubitteina. Tulokset osoittivat yhden tyyppistä vikaa - jossa antimoni-, vismutti- tai jodiatomi on upotettu kalsiumin ja hapen tavalliseen rakenteeseen, jotka muodostavat kalsiumoksidin.

"Emme olisi voineet arvata, että nämä tarkat viat olisivat niin lupaavia", sanoi Joel Davidsson Linköpingin yliopistosta, tutkimus paperin ensimmäinen kirjoittaja ja uusien spinvirheiden löytämiseen käytetyn korkean suorituskyvyn lähestymistavan pääkehittäjä. "Ainoa tapa tehdä tämä oli perusteelliset ja puolueettomat näyttöproseduurit."

Gallin tiimi osoitti siten mallinnuksen lähestymistavallaan, että kalsiumoksidin vismuttivika voi teoriassa koodata dataa pienellä kohinalla ja suhteellisen pitkiä aikoja (useita sekunteja verrattuna monien kubittien osoittamiin millisekunteihin koherenssia). Se pystyy myös sopeutumaan hyvin toimimaan myös tietoliikennelaitteiden kanssa materiaalin taitekertoimen ja kyvyllä emittoida valofotoneja ansiosta.

Galli ja yhteistyökumppanit työskentelevät nyt kokeiluryhmien kanssa, jotka voivat rakentaa kalsiumoksidipohjaisia materiaaleja ja testata, pitävätkö ennusteet paikkansa. "Olemme hyvin alkuvaiheessa, mutta perustieteen näkökulmasta tämä materiaali on mielestämme erittäin lupaava", Galli sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus

Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn

Tavoitteena parempia kubitteja