Hiljaisempi ympäristö kubitille

Aikoinaan Argonnen kansallisessa laboratoriossa keksitty kubittialusta tuottaa nyt tuhansia kertoja alhaisempia kohinatasoja kuin useimmat perinteiset kubitit.

Alusta rakennettiin vangitsemalla yksittäisiä elektroneja jäädytetyn neonkaasun pinnalle. Tämä tuore löydös asettaa Argonnen alustan vahvaksi kilpailijaksi korkean suorituskyvyn kvanttiteknologioiden alalla.

”Aiemmassa työssä osoitimme elektroni-neon-kubittimme erinomaisen suorituskyvyn”, sanoi Argonnen tiedemies ja vastaava kirjoittaja Xu Han.” Tutkimalla perusteellisesti kubitin kohinaominaisuudet tämä uusin tutkimus osoittaa, miksi sen suorituskyky on niin hyvä. Tuloksemme osoittavat, että teknologiamme on lupaava kvantti-informaation käsittelyssä suuremmassa mittakaavassa.”

Useimmat nykyajan sirupohjaiset kubitit on valmistettu puolijohtavista tai suprajohtavista materiaaleista. Niihin perustuvia kubittien haasteena ovat usein materiaalivirheiden, sulautettujen varausten ja valmistuksen vaihtelun aiheuttama kohina. Elektroni-neon-kubitilla on potentiaalia ratkaista nämä rajoitukset.

Vuonna 2022 Argonnen tutkijat Center for Nanoscale Materialsissa (CNM) keksivät perustavanlaatuisesti uudentyyppisen kubitin, joka valmistettiin jäädyttämällä neonkaasua kiinteään aineeseen ja suihkuttamalla elektroneja hehkulampun hehkulangasta kiinteän aineen päälle. Erityinen elektrodi vangitsee yhden elektronin juuri neonin pinnan yläpuolelle. Elektroni toimii kubittina, ja elektronin liike avaruudessa edustaa kubitin 0- ja 1-tiloja. Tärkeä osa alustaa on resonaattori, joka lähettää mikroaaltopulsseja kubitin tilan ohjaamiseksi ja mittaamiseksi.

Argonnen johtamassa seurantatutkimuksessa vuonna 2024 havaittiin, että elektroni-neon-kubitti voi saavuttaa 0,1 millisekunnin koherenssiajan. Tämä on lähes tuhat kertaa parempi kuin aiempi perinteisten puolijohtavien kubittien ennätys ja kilpailukykyinen parhaiten suoriutuvien suprajohtavien kubittien kanssa. Tutkimus osoitti myös kubitin korkean porttitarkkuuden, joka mittaa sitä, kuinka tarkasti kubitti pystyy ohjaamaan kvantti-informaation käsittelyä.

Kohinan suhteen kiinteä neon on luonnostaan paljon hiljaisempi kuin puolijohtavat ja suprajohtavat materiaalit, koska se on kemiallisesti inertti ja vapaa epäpuhtauksista.

Nyt uusimmassa tutkimuksessa havaittiin, että neon-kubittialustan kohina on 10 –10 000 kertaa pienempi kuin useimpien puolijohtavien kubittien, ja se kilpailee alhaisimpien puolijohteisten kohinaennätysten kanssa. Parantamisen varaa on kuitenkin vielä.

Erinomaisten kohinaominaisuuksiensa lisäksi neon-kubitilla on muita etuja. Puolijohtaviin ja suprajohtaviin kubitteihin verrattuna sen valmistusprosessi on paljon yksinkertaisempi ja edullisempi. Esimerkiksi elektroneja on vapaasti saatavilla hehkulamppujen filamenteista.

Aiheesta aiemmin:

Paremman kvanttibitin rakentaminen