Isolatorer skruer op for varmen på kvantebits

Fysikere har længe mistanke om, at dielektriske materialer i betydelig grad kan forstyrre ion-trap-kvantecomputere. Nu, forskere under ledelse af Tracy Northup har udviklet en ny metode til at kvantificere denne fejlkilde for første gang. Til den fremtidige drift af kvantecomputere med meget mange kvantebit, sådanne støjkilder skal om muligt elimineres allerede under designprocessen.

Kvanteteknologier er baseret på lysets kvanteegenskaber, elektroner, og atomer. I de seneste årtier har forskere har lært at mestre disse fænomener og udnytte dem i applikationer. Dermed, konstruktionen af ​​en kvantecomputer til kommercielle applikationer er også inden for rækkevidde. En af de nye teknologier, der i øjeblikket udvikles meget vellykket, er ionfælde -kvantecomputere. Her, ladede partikler fanges med elektromagnetiske felter i et vakuumkammer og fremstilles på en sådan måde, at de kan tjene som bærere til information og bruges til computing, som inkluderer afkøling af dem til de laveste temperaturer tilladt af kvantemekanik.

Imidlertid, de kvantemekaniske egenskaber, der udnyttes i denne proces, er meget tilbøjelige til fejl. Selv de mindste mangler kan varme de stærkt afkølede partikler op og derved føre til fejl i behandlingen af ​​kvanteinformation. Mulige kilder til sådanne fejl er svagt ledende eller ikke-ledende materialer, som bruges, for eksempel, som isolatorer i en metallisk ionfælde, eller optik, som er nødvendige for at koble ioner med laserlys.

"Selv for ionfælder udelukkende af metal, oxidlag på metallerne ville forårsage sådanne fejl, "forklarer Tracy Northup ved Institut for Eksperimentel Fysik ved University of Innsbruck i Østrig. Northups team, sammen med samarbejdspartnere i Innsbruck og i USA, har fundet en måde at bestemme dielektriske materialers indflydelse på de ladede partikler i ionfælder.

Eksperimentelt bekræftet

Dette blev opnået, fordi Innsbrucks kvantefysikere har en ionfælde, hvor de præcist kan indstille afstanden mellem ionerne og dielektrisk optik. Baseret på et tidligere forslag fra Rainer Blatts gruppe, fysikerne beregnede mængden af ​​støj forårsaget af det dielektriske materiale til denne ionfælde og sammenlignede det med data fra eksperiment. "Teori og eksperiment stemmer meget godt overens, bekræfter, at denne metode er velegnet til bestemmelse af dielektriske materialers indflydelse på ionerne, "forklarer Markus Teller fra Innsbruck -teamet. For at beregne støj, den såkaldte fluktuations-spredningssætning fra statistisk fysik blev brugt, som matematisk beskriver et systems reaktion i termisk ligevægt på en lille ydre forstyrrelse.

"I kvantecomputere, der er mange mulige støjkilder, og det er meget svært at sortere de nøjagtige kilder, "siger Tracy Northup." Vores metode er den første til at kvantificere indflydelsen af ​​dielektriske materialer i en given ionfælde på de ladede partikler. I fremtiden, designere af ionfælde -kvantecomputere vil kunne vurdere denne effekt meget mere præcist og designe deres enheder for at minimere disse forstyrrelser. "

Efter med succes at have demonstreret metoden på deres egen ionfælde, Innsbruck -fysikerne ønsker nu at anvende det på ionfælderne for kollaboratører i USA og Schweiz.