in der Forschung verwendeter Siliziumkarbid-Chip David Awschalom / Universität Chicago
Wissenschaftlern gelang ein Durchbruch, der zu komplexeren Quantenberechnungen führen und sogar ein „verteiltes Quanteninternet“ ermöglichen könnte.
Ein Forscherteam des Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums DOE und der University of Chicago war in der Lage, einen Quantenzustand für mehr als fünf Sekunden intakt zu halten, ein neuer Rekord auf dem Gebiet der Quantenwissenschaft, eine Presseerklärung enthüllt.
Ausdehnung von Quantenzuständen auf ‚menschliche Zeitskalen‘
Das Team, das seine Ergebnisse im veröffentlicht hat Tagebuch Wissenschaftliche Fortschritte, verwendete eine Methode namens „Single-Shot-Readout“, um ein Qubit bei Bedarf einfach auszulesen. Die Methode verwendet präzise Laserpulse, um Qubits abhängig von ihrem Quantenzustand einzelne Elektronen hinzuzufügen. Dies half ihnen, die Quantenzustände der Qubits zu erweiternlänger als je zuvor.
Das Aufrechterhalten von Quantenzuständen über längere Zeiträume war eine notorisch schwierige Aufgabe in der Quantenwissenschaft, da Qubits leicht ihre Informationen aufgrund von Umgebungsgeräuschen verlieren – dies ist einer der Gründe, warum Quantencomputer funktionieren müssen bei Gefriertemperaturen. „Das ist ungewöhnlich Quanteninformation auf diesen menschlichen Zeitskalen erhalten“, sagte David Awschalom, leitender Wissenschaftler am Argonne National Laboratory.
"Fünf Sekunden sind lang genug, um a zu senden Lichtgeschwindigkeit Signal zum Mond und zurück“, fuhr Awschalom fort. „Das ist mächtig, wenn Sie daran denken, Informationen von einem Qubit zu jemandem über Licht zu übertragen. Dieses Licht wird den Qubit-Zustand immer noch korrekt wiedergeben, selbst nachdem es die Erde fast 40 Mal umkreist hatZeiten – den Weg zu einem verteilten Quanteninternet ebnen."
Genug Zeit, um 100 Millionen Quantenoperationen durchzuführen
Um dieses berüchtigte Hintergrundrauschen zu reduzieren, stellten die Forscher ihre Qubits aus hochreinen Siliziumkarbid-Proben her, einem Material, das in kommerzieller Hinsicht weit verbreitet ist, was bedeutet, dass es leicht zu skalieren sein sollte. Indem sie präzise Mikrowellenimpulse an ihr Qubit anlegten, verlängerten sie die Zeitdauer ihrer erhaltenen Quanteninformation über ein Konzept namens "Kohärenz" auf über fünf Sekunden.
„Diese Pulse entkoppeln das Qubit von Rauschquellen und Fehlern, indem sie den Quantenzustand schnell umkehren“, sagte Chris Anderson von der University of Chicago, Co-Erstautor der Veröffentlichung. „Jeder Puls ist wie das Drücken der Undo-Taste auf unserem Qubit, wodurch alle Fehler gelöscht werden, die möglicherweise zwischen den Impulsen aufgetreten sind."
„Wir haben im Wesentlichen einen Übersetzer geschaffen, um von Quantenzuständen in das Reich der Elektronen umzuwandeln, die die Sprache der klassischen Elektronik sind, wie das, was in Ihrem Smartphone ist“, fuhr er fort. „Wir wollen eine neue Generation von Geräten schaffen, die das könnenreagieren empfindlich auf einzelne Elektronen, beherbergen aber auch Quantenzustände. Siliziumkarbid kann beides, und deshalb finden wir, dass es wirklich glänzt."
Theoretisch sagten die Forscher, dass die Menge an Quantenkohärenz, die sie erreichen konnten, es ihnen ermöglichen würde, über 100 Millionen Quantenoperationen durchzuführen. Dies ist ein Durchbruch, der die Kapazität von Quantenmaschinen, was komplexere Quantencomputeroperationen und verbesserte Erkennungsfähigkeiten für zukünftige Quantensensoren ermöglicht.