Immunisering af kvantebits, så de kan vokse op

Kvantecomputere vil behandle væsentligt mere information på én gang sammenlignet med nutidens computere. Men byggestenene, der indeholder denne information - kvantebit, eller "qubits" – er alt for følsomme over for deres omgivelser til at fungere godt nok lige nu til at bygge en praktisk kvantecomputer.

Kort fortalt, qubits har brug for et bedre immunsystem, før de kan vokse op.

Et nyt materiale, konstrueret af Purdue University-forskere til en tynd strimmel er et skridt tættere på at "immunisere" qubits mod støj, varme og andre dele af en computer, der forstyrrer, hvor godt de opbevarer information. Værket optræder i Fysisk gennemgangsbreve .

Den tynde strimmel, kaldet et "nanobånd, "er en version af et materiale, der leder elektrisk strøm på sin overflade, men ikke på indersiden - kaldet en "topologisk isolator" - med to superledere elektriske ledninger til at danne en enhed kaldet en "Josephson-junction."

I en kvantecomputer, en qubit "filtrer sig" med andre qubits. Det betyder, at læsning af kvanteinformationen fra en qubit automatisk påvirker resultatet fra en anden, uanset hvor langt fra hinanden de er.

Uden sammenfiltring, de hurtige beregninger, der adskiller kvanteberegninger, kan ikke ske. Men sammenfiltring og kvantenaturen af ​​qubits er også følsomme over for støj, så de har brug for ekstra beskyttelse.

En topologisk isolerende nanoribbon Josephson junction-enhed er en af ​​mange muligheder, forskere har undersøgt for at bygge mere modstandsdygtige qubits. Denne modstandsdygtighed kunne komme fra særlige egenskaber skabt ved at lede en superstrøm på overfladen af ​​en topologisk isolator, hvor en elektrons spin er låst til momentum.

Problemet indtil videre er, at en superstrøm har tendens til at lække ind i indersiden af ​​topologiske isolatorer, forhindrer det i at flyde helt på overfladen.

For at blive mere robust, topologiske qubits har brug for superstrømme for at strømme gennem overfladekanalerne på topologiske isolatorer.

"Vi har udviklet et materiale, der er virkelig rent, i den forstand, at der ikke er nogen ledende tilstande i hovedparten af ​​den topologiske isolator, " sagde Yong Chen, en Purdue-professor i fysik og astronomi og i elektro- og computerteknik, og direktøren for Purdue Quantum Science and Engineering Institute. "Superledning på overfladen er det første skridt til at bygge disse topologiske kvantecomputere baseret på topologiske isolatorer."

Morteza Kayyalha, en tidligere ph.d. studerende i Chens laboratorium, kunne vise, at superstrømmen vikler sig hele vejen rundt om det nye topologiske isolator nanobånd ved temperaturer 20 procent lavere end den "kritiske temperatur, " når krydset bliver superledende. Eksperimentet blev udført i samarbejde med laboratoriet af Leonid Rokhinson, en Purdue-professor i fysik og astronomi.

"Det er kendt, at når temperaturen falder, superledningsevnen forbedres, " sagde Chen. "Det faktum, at meget mere superstrøm flød ved endnu lavere temperaturer for vores enhed, var bevis på, at det flyder rundt om disse beskyttende overflader."