Demonit ja timantit avuksi

Uusi kvanttilaskennan saavutus on moderni käänne 150 vuotta vanhaan ajatuskokeeseen. Käyttämällä Maxwellin demonin modernia versiota australialaistutkijat osoittavat 20-kertaisen parannuksen kvanttibitin saamiseksi 0-tilaan.

Kvantti-insinöörien ryhmän UNSW Sydneyssä kehittämä menetelmä varmistaa kvanttitietokoneen nollaamisen erittäin suurella varmuudella, mitä tarvitaan luotettavien kvanttilaskelmien ajamiseksi.

Menetelmä on yllättävän yksinkertainen: se liittyy vanhaan Maxwellin demoniin, kaikkitietävään olentoon, joka voi erottaa kaasun kuumaksi ja kylmäksi tarkkailemalla yksittäisten molekyylien nopeutta.

”Tässä käytimme paljon nykyaikaisempaa ”demonia” – nopeaa digitaalista volttimittaria – katsomaan lämpimästä elektronialtaasta satunnaisesti vedetyn elektronin lämpötilaa. Saimme näin aikaan paljon kylmemmän altaan, kuin se josta se tuli, ja tämä vastaa suurta varmuutta siitä, että se on laskennallisessa '0' tilassa”, sanoo UNSW:n professori Andrea Morello, joka johti tutkijatiimiä.

”Kvanttitietokoneet ovat hyödyllisiä vain, jos ne pääsevät lopputulokseen erittäin pienellä virhetodennäköisyydellä. Ja voi olla lähes täydellisiä kvanttioperaatioita, mutta jos laskenta aloitetaan väärästä koodista, myös lopputulos on väärä. Digitaalinen "Maxwellin demoni" antaa meille 20-kertaisen parannuksen siihen, kuinka tarkasti voimme asettaa laskennalle alun."

Kyky kehittää kvanttiverkkoja ja välittää kvantti-informaatiota pitkiä matkoja vaatii kvanttimuistien solmuja, joissa on tehokkaat optiset rajapinnat ja pitkät muistiajat. Pitkien koherenssiaikojensa ja tehokkaan optisen rajapintansa ansiosta timantin värikeskukset ovat lupaavia ehdokkaita tämän tavoitteen saavuttamiseksi.

AWS Center for Quantum Networkingin ja Harvardin yliopiston tutkijat käyttävät timanttien nanofotonionteloissa olevia piivakansseja ja integroivat ominaisuudet yhdeksi rakenteeksi.

Näin he saivat aikaan kvanttimuistin, jonka elinikä on yli kaksi sekuntia sekä lisäksi täyden kahden kubitin rekisterin kvanttitilojen optisen hallinnan.

Kubittirekisteri koostuu piivakanssikeskuksen elektronin spinistä, joka toimii kommunikaatiokubittina ja vahvasti kytketystä pii-29 ydinspinistä, joka toimii muistikubittina, jonka kvanttimuistiaika ylittää 2 sekuntia.

Tutkijat osoittivat myös tehokkaan virheiden havaitsemisen ydinspin-fotoni porteissa käyttämällä elektronin spiniä lippukubittina, mikä tekee tästä alustasta lupaavan ehdokkaan skaalautuville kvanttitoistimille.

Sisäänrakennetun virheentunnistuskyvyn ansiosta tällainen alusta on lupaava skaalautuvien kvanttiverkkojen kehittämiseen.

Aiheesta aiemmin:

Piitä ja virheenkorjausta

Vikasietoinen kvanttitietokonemuisti timantissa