Sciencemag.cz
Doporučujeme
A další novinky ze světa kvantových počítačů – chlazení qubitů heliem.
Základ qubitů v dnešních kvantových počítačích tvoří velmi rozmanité platformy: supravodivé Josephsonovy přechody, uvězněné ionty, topologické qubity, ultrachladné neutrální atomy nebo dokonce diamantové vakance. Nový výzkum navrhuje jako další možnost nanomechanické rezonátory (oscilátory typu pružin/strun). Co se stane, když nanorezonátor ochladíme na teplotu blízko absolutní nuly? „Z Heisenbergova principu neurčitosti vyplývá, že rezonátor udržuje pohyb, i když je v základním stavu. Realizace mechanického qubitu je možná, pokud kvantované energetické hladiny rezonátoru nejsou rovnoměrně rozmístěny,“ uvádí průvodní tisková zpráva. Qubit pak funguje tak, že se s ním manipuluje mezi dvěma nejnižšími kvantovými hladinami, aniž by se do procesu zapojovaly vyšší energetické stavy. Již v roce 2021 byla vypracována koncepce takového nanorezonátoru, který byl při práci spřažen s dvojitou kvantovou tečkou. Výhodou těchto systému je dlouhá doba koherence, tj. možnost delšího trvání výpočtu, než dojde ke kolapsu kvantového entanglementu a přechodu do klasického stavu.
Tým vědců z několika pracovišť (Institute of Photonic Sciences v Barceloně, University of California Santa Barbara, Université Paris-Saclay-CNRS, Argonne National Laboratory, Univ. Bordeaux-CNRS) nyní dokázal popsaný princip i fyzicky realizovat. 36 mechanických rezonátorů bylo vytvořeno z nanotrubiček o délce přibližně 1,4 mikrometru. Zařízení pracovalo při teplotě v minikelvinech a přechod mezi stavy oscilátoru řídily elektrony (systém byl připojen na elektrody a na přechodu mezi nimi a nanotrubičkami se nacházely kvantové tečky).
C. Samanta et al, Nonlinear nanomechanical resonators approaching the quantum ground state, Nature Physics (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02065-9
Zdroj: ICFO/Phys.org
Supravodiče v kvantových počítačích půjde chladit kapalným heliem
Supravodiče v kvantových počítačích (v roli qubitů apod.) musí typicky pracovat při velmi nízkých teplotách, řádově v desetinách milikelvinů. Ačkoliv tyto teploty jsou v moderních chladicích zařízeních dostupné, ukazuje se, že vlastní teplota zařízení i pak může být mnohem vyšší, protože materiály potřebné k výrobě dobrých qubitových obvodů jsou ze své podstaty velmi špatnými vodiči tepla. Tento problém (tzv. termalizace) se stává stále větším s tím, jako roste rozsah a složitostí obvodů. Podobně jako u počítačů klasických se nabízí zkusit pro účinnější odvod tepla chlazení kapalinou – což při provozní teplotě kvantových počítačů znamená, že v úvahu přicházejí pouze helium-3 a helium-4. Vědci z několika akademických institucí (National Physical Laboratory, Royal Holloway University – obě sídlící v Londýně – a švédská Chalmers University of Technology) a společnosti Google nyní vyvinuli novou technologii spočívající v chlazení kvantových obvodů právě pomocí He-3. Ukázalo se, že kapalné helium se velmi silně váže na defekty atomárního měřítka v materiálu kvantového obvodu a tímto odebírá velmi úučinně přebytečnou energii. Důležité je, že 3He zároveň přímo nezasahuje do samotného obvodu. Výzkum dále ukázal, že šum v současném experimentu se při použití imerze (ponoření do helia) snížil více než tisíckrát. Což by samozřejmě oboje mělo zvýšit koherenci kvantových obvodů a možný čas, po který poběží příslušný algoritmus.
M. Lucas et al, Quantum bath suppression in a superconducting circuit by immersion cooling, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39249-z
Zdroj: National Physical Laboratory (Londýn) / Phys.org
(pokračování: Připravili kvazičástice se zlomky elektrického náboje)
