Forskere forbedrer qubit levetid for kvantecomputere

Et internationalt team af forskere er lykkedes med at foretage yderligere forbedringer af levetiden for superledende kvantekredsløb. En vigtig forudsætning for realiseringen af ​​højtydende kvantecomputere er, at de lagrede data skal forblive intakte så længe som muligt. Forskerne, herunder Jülich -fysikeren Dr. Gianluigi Catelani, har udviklet og testet en teknik, der fjerner uparede elektroner fra kredsløbene. Disse vides at forkorte levetiden på qubit. Undersøgelsen er publiceret online af tidsskriftet Videnskab i dag.

Kvantecomputere kunne en dag opnå betydeligt højere computerhastigheder end konventionelle digitale computere til at udføre bestemte typer opgaver. Superledende kredsløb tilhører de mest lovende kandidater til implementering af kvantebits, kendt som qubits, hvormed kvantecomputere kan lagre og behandle information. De høje fejlfrekvenser forbundet med tidligere tilgængelige qubits har indtil nu begrænset størrelsen og effektiviteten af ​​kvantecomputere. Dr. Gianluigi Catelani fra Peter Grünberg Institute (PGI-2) i Jülich, har sammen med sine kolleger nu fundet en måde at forlænge den tid, hvor de superledende kredsløb er i stand til at lagre et "0" eller et "1" uden fejl. Ved siden af ​​Catelani, teamet består af forskere, der arbejder i USA (Massachusetts Institute of Technology, Lincoln Laboratory, og University of California, Berkeley), Japan (RIKEN), og Sverige (Chalmers University of Technology).

Når superledende materialer afkøles til en materialespecifik kritisk temperatur, elektroner kommer sammen for at danne par; så kan strøm flyde uden modstand. Imidlertid, hidtil har det ikke været muligt at bygge superledende kredsløb, hvor alle elektroner samles. Enkelte elektroner forbliver uparede og kan ikke flyde uden modstand. På grund af disse såkaldte kvasipartikler, energi går tabt, og dette begrænser den tid, kredsløbene kan lagre data.

Forskere har nu udviklet og testet en teknik, der midlertidigt kan fjerne uparede elektroner væk fra kredsløbet; ved hjælp af mikrobølge pulser, de er i virkeligheden "pumpet ud". Dette resulterer i en tredobbelt forbedring af qubits levetid.

"Teknikken kan i princippet tages i brug med det samme for alle superledende qubits", forklarede Catelani, WHO, som en teoretisk fysiker har bidraget til analyse og fortolkning af de eksperimentelle data. Imidlertid, han understregede, at levetiden for qubits kun er en af ​​mange forhindringer i udviklingen af ​​komplekse kvantecomputere. I øvrigt, den nye teknik betyder, at kvasipartiklerne ikke fjernes permanent, men flyder tilbage igen og igen. Forskerne har en anden løsning klar til at løse dette problem:pumpeteknikken kan kombineres med en anden metode, der permanent fælder kvasipartiklerne. Catelani, sammen med sine kolleger fra Jülich og Yale, har allerede analyseret og testet en sådan quasiparticle "fælde". Deres resultater blev offentliggjort i september i tidsskriftet Fysisk gennemgang B (DOI:10.1103/PhysRevB.94.104516).