Äänen käyttäminen kvantti-informaation muistamiseen

Monet olemassa olevat kvanttitietokoneet perustuvat suprajohtaviin elektronisiin järjestelmiin. Näissä järjestelmissä huolellisesti suunniteltujen resonaattorien läpi virtaavien elektronien kvanttimekaaninen luonne luo suprajohtavia kubitteja. Nämä kubitit ovat erinomaisia laskennassa tarvittavien loogisten operaatioiden nopeaan suorittamiseen.

Informaation tallentaminen – tässä tapauksessa kvanttitilojen, tiettyjen kvanttijärjestelmien matemaattiset kuvaajien – ei kuitenkaan ole niiden vahvin alue. Kvantti-insinöörit ovat etsineet tapaa parantaa kvanttitilojen tallennusaikoja rakentamalla erilaisia kvanttimuisteja kubiteille.

Caltechin tutkijoiden ryhmä on nyt käyttänyt hybridimenetelmää kvanttimuistien kehittämiseen, jossa sähköinen informaatio muunnetaan tehokkaasti ääneksi, jotta suprajohtavien kubittien kvanttitilat voivat säilyä tallessa jopa 30 kertaa pidempään kuin muilla tekniikoilla.

"Kun kvanttitila on kerran luotu, sillä ei ehkä haluta tehdä mitään heti", apulaisprofessori Mohammad Mirhosseini sanoo. "On oltava tapa palata siihen, kun halutaan tehdä looginen operaatio. Siihen tarvitaan kvanttimuisti."

Mirhosseinin ryhmä osoitti aiemmin, että ääni, erityisesti fononit voisivat tarjota kätevän menetelmän kvantti-informaation tallentamiseen.

Klassisissa kokeissa testatut rakenteet näyttivät ihanteelliselta parilta suprajohtavien kubittien kanssa, koska ne toimivat samoilla gigahertsitaajuuksilla. Ne toimivat myös hyvin matalissa lämpötiloissa, joita tarvitaan kvanttitilojen säilyttämiseen suprajohtavien kubittien kanssa ja niillä oli pitkä käyttöaika.

Mirhosseini ja hänen kollegansa ovat nyt valmistaneet suprajohtavan kubitin sirulle ja liittäneet sen pieneen mekaaniseen oskillaattoriin.

Oskillaattori on pohjimmiltaan miniatyyrinen virityshaarukka, ja se koostuu joustavista levyistä, joita gigahertsien taajuiset ääniaallot saavat värähtelemään. Kun levyille asetetaan sähkövaraus, levyt voivat olla vuorovaikutuksessa kvantti-informaatiota kuljettavien sähköisten signaalien kanssa. Tämä mahdollistaa informaation syöttämisen levyrakenteeseen tallennettavaksi "muistina" ja sen syöttämisen ulos eli "muistamisen" myöhemmin.

Tämä kvanttimuistin rakennemenetelmä tarjoaa useita etuja aiempiin strategioihin verrattuna. Akustiset aallot kulkevat paljon hitaammin kuin sähkömagneettiset aallot, mikä mahdollistaa paljon kompaktimpien rakenteiden valmistuksen. Edelleen mekaaniset värähtelyt, toisin kuin sähkömagneettiset aallot, eivät etene vapaassa tilassa, mikä tarkoittaa, että energia ei vuoda ulos järjestelmästä.

Mirhosseinin mukaan tämä työ on osoittanut sähkömagneettisten ja akustisten aaltojen välisen vuorovaikutuksen vähimmäismäärän, joka tarvitaan tämän hybridijärjestelmän arvon tutkimiseksi muistielementtinä.

"Jotta tämä alusta olisi todella hyödyllinen kvanttilaskennassa, kvanttidataa on voitava syöttää järjestelmään ja ottaa siitä ulos paljon nopeammin. Ja se tarkoittaa, että meidän on löydettävä tapoja lisätä vuorovaikutusnopeutta kolmesta kymmeneen kertaa nykyisen järjestelmämme kykyyn verrattuna", Mirhosseini sanoo. Onneksi hänen ryhmällään on ideoita siitä, miten se voidaan tehdä.

Aiheesta aiemmin:

Teollisesti valmistettava kvanttimuisti

Äänivärähtelyihin perustuva kvanttimuisti

Vikasietoinen kvanttitietokonemuisti timantissa