Ученые продлили жизнь кубиту

что случилось

Ученые продемонстрировали, что они могут продлить жизнь молекулярного кубита, изменив окружающую кристаллическую структуру, сделав ее менее симметричной.

Асимметрия защищает кубит от шума, позволяя ему хранить информацию в пять раз дольше, чем если бы он содержался в симметричной структуре. Исследовательская группа достигла времени когерентности — времени, в течение которого кубит сохраняет информацию — 10 микросекунд, или 10 миллионных долей секунды, по сравнению с 2 микросекундами времени когерентности молекулярного кубита в симметричном кристалле-хозяине.

«Эта недавно обнаруженная способность химически контролировать среду хозяина открывает новое пространство для целенаправленного применения молекулярных кубитов». — Дана Фридман, Массачусетский технологический институт

Результат был опубликован в X. физический обзор, исходит от группы исследователей из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), Массачусетского технологического института, Северо-Западного университета, Чикагского университета и Университета Глазго. Этот вывод частично поддерживается Q-NEXT, Национальным исследовательским центром квантовой информации Министерства энергетики, возглавляемым Аргонном.

немного предыстории

• Кубит — это основная единица квантовой информации, квантовый аналог классического вычислительного бита.
• Кубиты могут сохранять информацию только до тех пор, пока шум или мешающие сигналы не уничтожат информацию. Увеличение периода времени, в течение которого информация остается стабильной, известного как время когерентности, является одной из самых больших проблем в области квантовой информатики.
• Киббиты бывают разных типов, один из которых представляет собой молекулу, разработанную в лаборатории. Молекулярные кубиты являются модульными, что означает, что их можно легко перенести из одной среды в другую. Напротив, другие типы кубитов, например, сделанные из полупроводников, тесно связаны с окружающей их средой.

почему это имеет значение

• Более длительное время удержания: Более длительное время когерентности приводит к созданию более полезных кубитов в таких приложениях, как вычисления, дальняя связь и зондирование в таких областях, как медицина, навигация и астрономия.
• стереотипный: Поскольку время когерентности можно увеличить, заменив корпус кубита или поместив его в более асимметричное положение относительно корпуса, нет необходимости менять сам кубит для увеличения срока службы. Просто измените его положение.

«Молекулярная химия позволяет нам изменять кристаллический материал, в котором находится кубит, а также модифицировать сам кубит», — говорит Дана Фридман, профессор химии Массачусетского технологического института и соавтор исследования. «Добавление этого нового уровня контроля является очень мощным».

Сказал Сэм Бейлисс из Университета Глазго, соавтор исследования. «Это отличная демонстрация той дисциплины на атомном уровне, которую вы получаете с молекулами. Химические методы по своей сути обеспечивают контроль на уровне отдельных атомов, что является мечтой во многих современных технологиях».

• колебания: Эффективность метода нарушения симметрии означает, что молекулярные кубиты могут работать в самых разных средах, даже в тех, где невозможно добиться подавления шума.

«Мы создали новую ручку для изменения свойств сцепления молекулярных систем», — сказал Фридман. «Эта недавно обнаруженная способность химически контролировать среду хозяина открывает новое пространство для целенаправленного применения молекулярных кубитов».

«Хотя 10 микросекунд могут показаться не очень большими по сравнению с некоторыми системами, имейте в виду, что мы ничего не сделали для уменьшения источников шума. В измеренных нами средах шум весьма значителен. Так что даже если шум есть, Бейлисс сказал: «А почему бы просто не убрать источник шума? В практических случаях не всегда возможно работать в среде высокой чистоты. Поэтому иметь кубит, который может работать в шумной среде, может быть выгодно».

детали

• Кубит команды состоит из иона на основе хрома, присоединенного к молекулам на основе углерода.
• Для молекулярных кубитов основным источником шума являются магнитные поля в их окружении. Магнитные поля имеют тенденцию сталкиваться с энергетическими уровнями кубитов, которые кодируют информацию. Асимметрия кубитового кристалла защищает от потенциально возмущающих магнитных полей, и информация сохраняется дольше.
• В дополнение к улучшению свойств кубита команда разработала математический инструмент, который точно предсказывает, когда любой молекулярный кубит объединится, на основе структуры кристалла-хозяина.

«Это очень интересно для нас», — сказал Бейлисс. «Одна из вещей, которая была очень интересной, заключалась в том, какой прогресс может быть достигнут с этими системами за короткий период времени, и насколько небольшими могут быть несколько модификаций в матрице хоста, чтобы получить значительное улучшение».

«Я рад отметить захватывающую новую особенность молекулярной химии», — сказал Фридман.

Дэвид Ошалом, директор Q-NEXT и соавтор статьи, который также является старшим научным сотрудником в Аргонне, заместителем декана по исследованиям и инфраструктуре и семейным профессором молекулярной инженерии и физики в Притцкеровской школе молекулярной инженерии Чикагского университета. , и директор Quantitative CME, сказал. «Знание того, что мы можем продлить жизнь кубита, создав его среду, открывает новые возможности для приложений в области квантовых вычислений, датчиков и связи».

Эта работа была поддержана Министерством энергетики США, Управлением науки, Национальными исследовательскими центрами квантовой информации и Управлением фундаментальных энергетических наук.

Источник истории:

Материалы Представление о DoE/Аргоннская национальная лаборатория. Оригинал написан Леей Хосла. Примечание. Контент может быть изменен в зависимости от стиля и длины.