Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Trwałe stany kwantowe umożliwiają budowę komputerów kwantowych

Sztuczne atomy oparte na nadprzewodnikach należą do najpoważniejszych kandydatów na elementy umożliwiające budowę komputerów kwantowych. Naukowcy korzystający ze wsparcia środków unijnych udoskonalili układy ciała stałego, które mogłyby pozwolić nadprzewodzącym kubitom na wydłużenie czasu koherencji — a jest to funkcja będąca podstawą fizyki kwantowej.
Trwałe stany kwantowe umożliwiają budowę komputerów kwantowych
Zarówno splątanie optyczne, jak i stałe oferują potencjalne możliwości budowy komputerów kwantowych i systemów bezpiecznej komunikacji. Dzielące te same własności fizyczne i koncepcje z wnękową elektrodynamiką kwantową, zawarte w architekturze ciała stałego nazywanej obwodową elektrodynamiką kwantową, sztuczne atomy są wykonane ze złączy Josephsona, połączonych z nadprzewodzącymi rezonatorami na chipie. Urządzenia rezonansowe zapewniają kontrolowane środowisko elektromagnetyczne chroniące kubity przed relaksacją energii.

Pomimo tego, że obwodowa elektrodynamika kwantowa bardzo się rozwinęła na przestrzeni ostatnich lat, zachowanie koherencji w kubitach nadprzewodzących jest często trudne, ponieważ układy te przejawiają silne sprzężenie z polami elektromagnetycznymi. Obwody muszą być niedyssypatywne — na przykład części metalowe powinny mieć zerowy opór — tak aby sygnały mogły być przenoszone z jednej części obwodu do drugiej bez straty energii, a tym samym bez dekoherencji.

W ramach projektu CQ3D (3D circuit quantum electrodynamics with flux qubits), finansowanego ze środków UE, naukowcy opracowali nowe metody kontrolowania, sprzęgania i pomiaru kubitów nadprzewodzących w niemal doskonałych środowiskach elektromagnetycznych z minimalnymi dodatkowymi obwodami, co pozwala zapobiegać dekoherencji.

Stworzono różne układy eksperymentalne, aby zbadać przetwarzanie nadprzewodzących kubitów i rezonatorów.

W pierwszej kolejności zespół przygotował eksperymenty polegające na sprzężeniu transmonowych kubitów wykonanych z glinu z rezonatorem 3D. Celem było wyjaśnienie najważniejszych mechanizmów relaksacji energii, w tym kwazicząstkowych efektów tunelowania.

W kontekście opartej na spinie fizycznej implementacji kubitów naukowcy badali szczególny rodzaj defektu w diamentach — centra azot-wakancja — sprzęgając ich spiny elektronów z rezonatorami.

Dzięki wykorzystaniu funkcji obrobionych wnęk 3D, takich jak głęboko wytrawiane podłoża i duże luki pojemnościowe w rezonatorach płaskich (2D), udało się zmniejszyć różnice wydajności między dwiema klasami urządzeń.

Ostatecznie zespół uzyskał kubity strumieniowe i scharakteryzował dekoherencję tych nadprzewodzących bitów sprzężonych z rezonatorem.

Utrzymanie długiej koherencji nadprzewodzących bitów jest niezbędne do praktycznych obliczeń, gdyż w przeciwnym razie cały efekt kwantowy znika. Silne sprzęganie kubitu nadprzewodzącego z rezonatorem 3D oznacza nowe możliwości budowy komputerów kwantowych, odznaczających się wydłużeniem czasu koherenji o dwa rzędy wielkości. Wyniki projektu opisano w czterech publikacjach.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Komputery kwantowe, kubity nadprzewodzące, czasy koherencji, CQ3D, kubity strumieniowe
Numer rekordu: 190550 / Ostatnia aktualizacja: 2016-11-18
Dziedzina: Informatyka, Telekomunikacja
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę