Sciencemag.cz
Doporučujeme
Problémem kvantových počítačů je prozatím čtení informace qubitů a krátká doba trvání výpočtu – po mikrosekundách nebo milisekundách dochází k dekoherenci a systém s kvantovým provázáním kolabuje do klasického stavu.
Vědci z Argonne National Laboratory (spadá pod americké ministerstvo energetiky) a University of Chicago nyní tvrdí, že dosáhli dvou zásadních objevů, které jsou odpovědí na tyto překážky. Podařilo se jim přečíst qubit na požádání a poté udržet kvantový stav neporušený po dobu více než 5 sekund – což je nový rekord pro tuto třídu zařízení. Navíc byly tyto qubity vyrobeny z dobře známého materiálu, karbidu křemíku. Tato sloučenina se běžně používá v žárovkách, nebo vysokonapěťové elektronice.
„Pět sekund je dostatečně dlouhá doba na to, abyste vyslali signál rychlostí světla na Měsíc a zpět. To je opravdu hodně, tedy alespoň pokud budete informaci přenášet prostřednictvím světla. Toto světlo bude stále správně odrážet stav qubitu i poté, co obletí Zemi téměř čtyřicetkrát – což otevírá cestu k vytvoření distribuovaného kvantového internetu,“ uvádí hlavní řešitel celého projektu David Awschalom.
Qubity na bázi karbidu křemíku lze bezproblémově integrovat do další elektroniky, celá technologie je dobře škálovatelná i levná. Podle autorů studie má karbid křemíku díky tomu šanci stát se hlavní platformou pro další vývoj kvantových počítačů.
Při čtení informace z qubitu v polovodičích (do této skupiny spadá i SiC) se dosud nejčastěji postupovalo tak, že na qubit se nechal dopadnout laserový paprsek a měřily se vlastnosti zpětně emitovaného světla. Vědci nyní namísto toho použili nejprve pečlivě navržené laserové pulzy, které přidávají do qubitu v závislosti na jeho počátečním kvantovém stavu elektron. Pak se postupuje stejně jako dříve – z vyzařovaného světla je ale nyní hned jasné, zda v qubitu byl elektron; signál je silný a lze přečíst snadno a bezchybně.
Co se týče zvýšení stability qubitů, velmi čistý karbid křemíku znamenal snížení šumu na pozadí. Doba koherence se dále zvýšila díky tomu, že na qubity vědci aplikovali sérii mikrovlnných pulzů. To na pohled vypadá naopak jako destruktivní zásah do systému, nicméně tyto pulzy tím, že rychle převrátily kvantový stav, měly qubit efektivně oddělit od zdrojů šumu. Každý pulz měl fungovat jako tlačítko Zpět, tj. vymazat všechny chyby, k nimž mohlo dojít od pulzu předcházejícího.
Doba koherence by se měla dát ještě zvýšit, nicméně stabilita provázaného stavu v délce 5 s už tak umožňuje provést více než 100 milionů kvantových operací.
Christopher P. Anderson et al, Five-second coherence of a single spin with single-shot readout in silicon carbide, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abm5912
Zdroj: Argonne National Laboratory / Phys.org
