Vedci objavia spôsob, ako kvantové stavy vydržať 10 000 krát dlhšie

Ak ju dokážeme využiť, kvantová technológia sľubuje fantastické nové možnosti. Po prvé, vedci musia prehovoriť kvantové systémy, aby zostali joke dlhšie ako niekoľko milióntin sekundy.

Tím vedcov z University of Chicago v Pritzker School of Molecular Engineering oznámil objav jednoduchej modifikácie, ktorá umožňuje kvantové systémy zostať funkčné – alebo „koherentné“ – 10 000-krát dlhšie ako predtým. Hoci vedci testovali svoju techniku ​​na určitej triede kvantových systémov nazývaných queity v pevnom stave, myslia si, že by sa mala vzťahovať na mnoho ďalších druhov kvantových systémov, a tak by mohli prevratne ovplyvniť kvantovú komunikáciu, výpočty a snímanie.

Štúdia bola uverejnená 13. augusta v roku 2007 veda,

„Tento prielom predstavuje základ pre vzrušujúce nové smery výskumu v kvantovej vede,“ uviedol hlavný autor štúdie David Awschalom, profesor rodiny Liew v Molecular Engineering, vedecký pracovník Argonne National Laboratory a riaditeľ Chicago Quantum Exchange. „Široká uplatniteľnosť tohto objavu spojená s pozoruhodne jednoduchou implementáciou umožňuje tejto robustnej súdržnosti ovplyvniť mnoho aspektov kvantového inžinierstva. Umožňuje nové výskumné príležitosti, ktoré sa predtým považovali za nepraktické.“

Svet na úrovni atómov funguje podľa pravidiel kvantovej mechaniky – veľmi sa líši od toho, čo vidíme okolo nás v našom každodennom živote. Tieto rôzne pravidlá by sa mohli premietnuť do technológií, ako sú prakticky neznesiteľné siete alebo extrémne výkonné počítače; Ministerstvo energetiky USA zverejnilo plán budúceho kvantového internetu v prípade udalosti v UChicago 23. júla. Zostávajú však zásadné technické výzvy: Kvantové štáty potrebujú na prevádzku mimoriadne tichý a stabilný priestor, pretože sú ľahko narušené šum pozadia pochádzajú z vibrácií, zmien teploty alebo blúdiacich elektromagnetické polia,

Vedci sa preto snažia nájsť spôsoby, ako udržať systém súdržný tak dlho, ako je to možné. Jedným z bežných prístupov je fyzická izolácia systému od hlučného prostredia, ale to môže byť nepraktické a zložité. Ďalšia technika spočíva v tom, aby boli všetky materiály čo najčistejšie, čo môže byť nákladné. Vedci z UChicago sa rozhodli inak.

„S týmto prístupom sa nesnažíme eliminovať hluk v okolí; namiesto toho systém„ podvádzame “, aby si myslel, že hluk nezažije,“ uviedol postdoktorský vedec Kevin Miao, prvý autor článku.

Spolu s obvyklými elektromagnetickými pulzmi používanými na riadenie kvantových systémov použil tím ďalšie nepretržité striedavé magnetické pole. Presným vyladením tohto poľa by vedci mohli rýchlo rotovať elektrónovými točeniami a umožniť systému „vyladiť“ zvyšok hluku.

„Aby sme pochopili princíp, je to ako sedieť na kolotoči s ľuďmi, ktorí kričia všade okolo vás,“ vysvetlila Miao. „Keď je jazda stále, môžete ich dokonale počuť, ale ak sa rýchlo točíte, hluk sa rozostrí na pozadie.“

Táto malá zmena umožnila systému zostať koherentný až do 22 milisekúnd, o štyri rády vyššie ako bez modifikácie – a oveľa dlhšie ako akýkoľvek predtým uvádzaný systém elektrónového spinu. (Na porovnanie, mrknutie oka trvá asi 350 milisekúnd). Systém je schopný takmer úplne vyladiť niektoré formy kolísania teploty, fyzikálne vibrácie a elektromagnetický šum, ktoré všetky zvyčajne ničia kvantovú koherenciu.

Jednoduchá oprava by mohla odhaliť objavy prakticky vo všetkých oblastiach kvantovej technológie.

„Tento prístup vytvára cestu k škálovateľnosti,“ uviedol Awschalom. „Malo by byť praktické ukladať kvantové informácie do elektrónového odstreďovania. Dlhšie doby uchovávania umožnia zložitejšie operácie v kvantových počítačoch a umožnia, aby kvantové informácie prenášané zo zariadení založených na rotácii mohli prejsť na väčšie vzdialenosti v sieťach.“

Ich testy sa síce uskutočňovali s použitím kvantového systému v tuhom stave silikónový karbidVedci sa domnievajú, že táto technika by mala mať podobné účinky v iných typoch kvantových systémov, ako sú supravodivé kvantové bity a molekulárne kvantové systémy. Táto úroveň univerzálnosti je pre taký technický prielom neobvyklá.

„Existuje veľa kandidátov na kvantovú technológiu, ktoré boli odsunuté stranou, pretože nemohli udržať kvantovú koherenciu po dlhú dobu,“ uviedla Miao. „Tie by sa mohli prehodnotiť teraz, keď máme spôsob, ako výrazne zlepšiť súdržnosť.

„Najlepšie na tom je, že je to neuveriteľne ľahké,“ dodal. „Veda za tým je zložitá, ale logika pridávania striedavého magnetického poľa je veľmi jednoduchá.“