Helium ja timantti luovat uusia kvanttilaskennan konsepteja

Lehtitietojen mukaan NEC olisi lopettamassa kvanttitietokoneen laitteistojen kehittämisen mutta alalle tulee aina vaan uusia kubittikehitelmiä.

Vuonna 1999 NEC esitteli maailman ensimmäisen suprajohtavan kubitin, mikä avasi tien yhdysvaltalaisten jättiläisten Googlen ja IBM:n omaksumalle laitteistopohjaiselle lähestymistavalle.

Nyt Chicagon yliopiston apulaisprofessori Jacob Coveyn johtama ryhmä esitti uuden konseptin, joka voisi muuttaa heliumin keveyden seuraavan sukupolven kvanttitietokoneiksi.

Helium – kevyin atomi, jota voidaan jäähdyttää ja ohjata laserilla – antaa voiman uudelle tehokkaalle ja vakaalle kvanttitietokoneelle.

Kun tietokone on rakennettu, se voisi käyttää tehokkaita lasereita "optisina pinsetteinä" heliumin yksittäisten atomien sieppaamiseen ja hallintaan. Heliumin keveys tarjoaa merkittävän edistysaskeleen litiumiin, kolmanneksi kevyimpään alkuaineeseen, perustuviin, äskettäin esiteltyihin malleihin, verrattuna. Siten se mahdollistaa ainakin noin kolme kertaa nopeamman kvanttitunneloinnin.

”Heliumilla on myös paljon paremmin erottuva energiarakenne, mikä tarkoittaa, että sitä voidaan laserjäähdyttää paljon helpommin kuin litiumatomeja,” sanoo ensimmäinen kirjoittaja Zheyuan Li.

Tiimin seuraava askel on varsinaisen laitteen rakentaminen yhteistyössä tämän työn toisen kirjoittajan apulaisprofessori Zoe Yanin, kanssa, jossa ensimmäistä kertaa vangitaan ja hallitaan yksittäisiä helium-3-atomeja.

Helium on korkeaenerginen ja sillä on toinen elektroni. Tämä tarkoittaa, että se voidaan houkutella tilapäiseen metastabiiliin tilaan energiatasolla perus- ja viritystilan välillä. Muilla atomeilla, joilla on vain yksi elektroni ulkokuorella, ei ole metastabiilia tilaa, mikä tarkoittaa, että hyppy viritystilaan on tehtävä kerralla. Monissa muissa alkuaineissa tuo metastabiili tila mitataan sekunneissa. Heliumin metastabiili tila kestää kaksi tuntia, mikä on toinen heliumin etu.

Kvanttitasolla hiukkasten vuorovaikutusta ohjaavat kahdenlaiset säännöt. Ne ovat joko fermionisia tai bosonisia.

Fermioniset atomit eivät voi miehittää samaa kvanttiavaruutta samanaikaisesti, mikä vapauttaa fermioniset kvanttitietokoneet monista bosoneihin perustuvia kvanttitietokoneita vaivaavista virheistä. Fermioninen kvanttilaskenta on ollut unelma 1990-luvulta lähtien, ja se murtui vasta vuoden 2026 alussa kahden litiumpohjaisen mallin esiintulossa

Fujitsu puolestaan kertoo kehittäneensä ensimmäisenä timantin tina-vakanssikeskuksiin (SnV) perustuvan kvanttitietokoneen prototyypin. Fujitsun, lisäksi työssä ovat mukana Delftin teknillisen yliopisto ja sen QuTech -tutkimuslaitos.

Fotonisiin integroituihin piireihin ja SnV-keskuksiin perustuva laitteisto on askel kohti skaalautuvia kvanttitietokoneita. Yhtiön tavoitteena on kehittää monimoduulisen timanttispin-kvanttitietokoneen prototyyppi vuoteen 2027 mennessä. Lisäksi yhtiö käynnistää ohjelman, joiden avulla timanttispin-kvanttiteknologia voidaan yhdistää suprajohtaviin kvanttijärjestelmiin.

Aiheesta aiemmin:

Suunnitelma virhekorjatuille fermionisille kvanttiprosessoreille

Kohti Majorana-moodien käyttöä kubitteina

Superfluidipohjainen kubittisuunnittelma