Kompakt 3D-kvantehukommelse adresserer mangeårig afvejning

Fysikere har designet en 3-D kvantehukommelse, der adresserer afvejningen mellem at opnå lange lagringstider og hurtige aflæsningstider, samtidig med at den bevarer en kompakt form. Den nye hukommelse har potentielle applikationer inden for kvanteberegning, kvantekommunikation, og andre teknologier.

Fysikerne, Edwar Xie og medforfattere ved Walther-Meissner-Institut, Münchens tekniske universitet, og Nanosystems Initiative München (NIM), Tyskland, har udgivet et papir om den nye 3D-kvantehukommelse i et nyligt nummer af Anvendt fysik bogstaver .

"Da kvanteinformation er meget skrøbelig, det skal behandles hurtigt eller bevares i et passende opbevaringssted. Disse to krav er typisk modstridende, "Fortalte Xie Phys.org . "Den største betydning af vores arbejde er, at det viser, hvordan man bygger en enhed med hurtig adgang til lagret kvanteinformation, muliggør hurtig behandling, kombineret med lang opbevaringstid. "

En af de største udfordringer, som enhver form for kvante -teknologi står overfor, er at øge levetiden på qubit, og når det kommer til kvanteminder, 3D-enheder tilbyder de længste sammenhængstider, op til et par millisekunder. I disse minder, qubits opbevares i 3-D mikrobølgebølgelederhulrum, hvis langsomme henfaldstider muliggør lange qubit opbevaringstider. Imidlertid, der sker en afvejning i disse enheder, da hurtige aflæsningstider kræver, at hulrumsforfaldet er hurtigt.

Tidligere har forskere har behandlet denne afvejning på forskellige måder, f.eks. ved fysisk at adskille lagrings- og aflæsningsenhederne. Imidlertid, med separate enheder bliver enhederne relativt store og omfangsrige i forhold til 2-D-hukommelser, forårsager problemer for skalerbarhed.

For samtidig at opnå lange opbevaringstider, hurtige aflæsningstider, og et lille fodaftryk i den nye undersøgelse gjorde forskerne brug af multimode-strukturen i 3D-hulrum. I denne tilgang, forskerne brugte antenner til at koble en qubit til to forskellige tilstande i et enkelt 3-D mikrobølgehulrum, hvilket er meget mere kompakt end at bruge to helt separate enheder. De konstruerede hulrummet, så hukommelsesfunktionen har en kvalitetsfaktor, der er 100 gange større end aflæsningstilstanden, hvilket fører til langsom henfald for hukommelsestilstanden og hurtigt henfald for udlæsningstilstanden.

Som følge af denne kobling, forskerne demonstrerede, at qubit -tilstanden kan aflæses på en tidsskala, der er 100 gange kortere end lagringstiden. Yderligere, simuleringer viste, at mere præcis antennepositionering kunne forlænge forholdet mellem aflæsning og lagringstid til 25, 000. Denne værdi ville væsentligt overgå det nuværende højeste rapporterede forhold på 7300 for kvantehukommelser med cylindriske 3D-hulrum.

I fremtiden, forskerne planlægger at foretage yderligere forbedringer af hukommelsen, såsom opskalering ved at tilføje flere qubits, kobling af qubit til tilstande med højere hulrum, og gør det muligt for hukommelsen at lagre kattetilstande (en superposition af to makroskopiske tilstande), som har potentielle anvendelser i kontinuerlig variabel kvanteberegning.

"En mulig anvendelse af denne kompakte 3D-kvantehukommelse ligger inden for analog kvantsimulering, hvor et konstrueret kvantekredsløb, såsom en qubit, efterligner et atom, "Sagde Xie." På grund af sin kompakte størrelse og afslappede krav til kabelføring, vores 3D-kvantehukommelsesplatform er specielt velegnet til at bygge kæder af kunstige atomer til simulering af molekyler. Her, en celle i kæden består af et enkelt 3D-hulrum med en qubit, en lagringstilstand til mellemliggende informationslagring og en aflæsningstilstand til hurtig informationshentning. Koblingen til nabocellen kan opnås med en anden qubit. "

© 2018 Phys.org