محققان روش جدیدی برای کشش الماس برای بیت های کوانتومی بهتر ابداع کردند

Newswise – یک شبکه کوانتومی آینده می تواند به لطف محققان وزارت انرژی ایالات متحده دشوارتر شود (گوزن) آزمایشگاه ملی آرگون، دانشگاه شیکاگو و دانشگاه کمبریج.

تیمی از محققان از پیشرفتی در مهندسی شبکه کوانتومی خبر دادند: توسط“آنها با کشش لایه‌های نازک الماس، بیت‌های کوانتومی ایجاد کردند که می‌توانند با تجهیزات و هزینه بسیار کاهش یافته کار کنند. این تغییر همچنین مدیریت بیت ها را آسان تر می کند.

محققان امیدوارند یافته ها، منتشر شده در 29 نوامبر در Physical Review Xمی تواند شبکه های کوانتومی آینده را امکان پذیرتر کند.

“الکس هایت، استادیار دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر شیکاگو، که آزمایشگاه او رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: این تکنیک به شما امکان می‌دهد دمای عملیاتی این سیستم‌ها را به‌طور چشمگیری افزایش دهید تا جایی که اجرای آن‌ها به منابع بسیار کمتری نیاز دارد.

بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها دارای ویژگی‌های منحصربه‌فردی هستند که آن‌ها را برای دانشمندانی که به آینده شبکه‌های محاسباتی نگاه می‌کنند جالب می‌کند – برای مثال، می‌توان آنها را عملاً در برابر تلاش‌های هک غیرقابل نفوذ ساخت. اما چالش‌های مهمی وجود دارد که باید قبل از تبدیل شدن به یک فناوری رایج روزمره بر آن غلبه کرد.

یکی از مشکلات اصلی در این است“گره هایی که اطلاعات را روی یک شبکه کوانتومی انتقال می دهند. کیوبیت هایی که این مجموعه ها را تشکیل می دهند به گرما و ارتعاش بسیار حساس هستند، بنابراین دانشمندان باید آنها را تا دمای بسیار پایین خنک کنند تا بتوانند کار کنند.

“امروزه اکثر کیوبیت ها به یک یخچال اختصاصی به اندازه یک اتاق و تیمی از افراد آموزش دیده برای راه اندازی آن نیاز دارند، بنابراین اگر یک شبکه کوانتومی صنعتی را تصور کنید که در آن باید هر پنج یا 10 کیلومتر یک یخچال بسازید، اکنون شما در مورد تعداد کمی از زیرساخت ها و نیروی انسانی صحبت می کنیم.

آزمایشگاه High با محققان آرگون کار می کند تا موادی را که این کیوبیت ها از آنها ساخته شده اند آزمایش کنند تا ببینند آیا می توانند این فناوری را بهبود بخشند یا خیر.

یکی از امیدوارکننده ترین انواع کیوبیت ها از الماس ساخته شده است. همچنین به عنوان شناخته شده است“گروه IV در مراکز رنگی، این کیوبیت ها به دلیل توانایی خود در حفظ درهم تنیدگی کوانتومی برای دوره های نسبتا طولانی شناخته شده اند، اما برای انجام این کار باید تا بالای صفر مطلق خنک شوند.

این تیم می‌خواست ساختار مواد را اصلاح کند تا ببیند چه پیشرفت‌هایی می‌توانند انجام دهند – با توجه به سختی الماس‌ها، کاری دشوار. اما دانشمندان دریافته اند که می توانند“اگر یک لایه نازک از الماس را روی شیشه داغ قرار دهند، الماس را در سطح مولکولی بکشید. High توضیح داد که وقتی شیشه سرد می شود، با سرعت کمتری نسبت به الماس منقبض می شود و ساختار اتمی الماس را اندکی کشش می دهد – دقیقاً مانند روسازی که با سرد شدن یا گرم شدن زمین در زیر آن منبسط یا منقبض می شود.

این کشش، اگرچه اتم ها را فقط به مقدار بی نهایت کوچک از هم دور می کند، تأثیر شگرفی بر رفتار ماده دارد.

اولاً، کیوبیت ها اکنون می توانند انسجام خود را در دمای تا 4 کلوین (یا منفی 452 درجه فارنهایت) حفظ کنند. این هنوز بسیار سرد است، اما می توان با تجهیزات کمتر تخصصی به دست آورد.

“این یک مرتبه تفاوت در هزینه‌های زیرساختی و عملیاتی است.

دوم، این تغییر همچنین کنترل کیوبیت ها را با امواج مایکروویو ممکن می کند. نسخه‌های قبلی مجبور بودند از نوری با طول موج نوری برای وارد کردن اطلاعات و دستکاری سیستم استفاده کنند، که نویز را معرفی می‌کرد و به این معنی بود که قابلیت اطمینان کامل نیست. با این حال، با کمک سیستم جدید و امواج مایکروویو، دقت به 99٪ افزایش یافت.

Xinghan Guo، Ph.D. توضیح داد: دیدن پیشرفت در هر دو زمینه به طور همزمان غیرعادی است. دانشجوی فیزیک در آزمایشگاه High و اولین نویسنده مقاله.

“معمولاً اگر سیستمی عمر انسجام بیشتری دارد، به این دلیل است که در آن خوب است‘نادیده گرفتن دخالت خارجی – به این معنی که کنترل آن سخت تر است زیرا در برابر این دخالت مقاومت می کند.»“بسیار هیجان انگیز است که با ایجاد یک نوآوری بسیار اساسی در علم مواد، ما توانسته ایم بر این معضل غلبه کنیم.

“با درک فیزیک درون بازی برای گروه IV بنجامین پینگو، دانشمند Argonne، همچنین یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: مراکز رنگ در الماس، ما با موفقیت خواص آنها را با نیازهای کاربردهای کوانتومی تطبیق دادیم.

“مت آتاتوره، استاد فیزیک در دانشگاه کمبریج و یکی از نویسندگان این مقاله گفت: با ترکیب زمان انسجام طولانی و کنترل کوانتومی ممکن از طریق امواج مایکروویو، مسیر توسعه دستگاه‌های مبتنی بر الماس برای شبکه‌های کوانتومی برای مراکز خالی روشن است. از مطالعه . .

محققان از تاسیسات نانوساخت پریتزکر و مرکز مهندسی و علوم مواد در UChicago استفاده کردند.

سایر نویسندگان مطالعه عبارتند از Zixi Li، Benchen Huang، Yu Jin و Tianle Lu از UChicago. جولیا گالی، دیوید آوشالوم، نظر دلگان و اف. جوزف هرمانز با UChicago و Argonne. و الکساندر استراما (همکار نویسنده)، ویلیام راث، رایان پارکر، عیسی آرجونا مارتینز، نوح شوفر، کاترین مایکلز، کارولا پرسر، مارتین آپل، اوگنی آلکسیف، و آندریا فراری از دانشگاه کمبریج.

این تحقیق تا حدی توسط Q-NEXT، a گوزن مرکز تحقیقات ملی اطلاعات کوانتومی به رهبری آرگون.

این کار توسط وزارت انرژی ایالات متحده، مراکز ملی تحقیقات علوم اطلاعات کوانتومی به عنوان بخشی از مرکز Q-NEXT پشتیبانی شد. همچنین توسط دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی ایالات متحده پشتیبانی شد. ERC کمک هزینه پیشرفته پایه، اتحادیه اروپا گل سرسبد کوانتومی، بنیاد ملی علوم، EPSRC/NQITبنیاد جنرال سر جان موناش و جی-پژوهش، برنامه وینتون و EPSRC DTP، اتحادیه اروپا کمک مالی Horizon 2020 Maria Sklodovska-Curie.

این مقاله در ابتدا توسط دانشگاه شیکاگو منتشر شد.