رکورد کوانتومی تازه فنلاند_صبح سریع

یک میلی‌ثانیه امکان پذیر زیاد به نظر نرسد، اما برای یک کیوبیت، یک عمر است. این پیروزی می‌تواند رایانش کوانتومی را زیاد قابل اعتمادتر کند.

به نقل از آی‌ای، گروهی از محققان در فنلاند رکورد جهانی جدیدی را برای زمان وقتی که یک بیت کوانتومی معروف به کیوبیت می‌تواند اطلاعات خود را نگه داری کند، ثبت کرده‌اند.

آنها زمان همدوسی یک کیوبیت ترانسمان ابررسانا را در بهترین حالت به یک میلی‌ثانیه کامل، با میانگین زمان نیم میلی‌ثانیه رسانده‌اند. این زمان امکان پذیر مختصر به نظر برسد، اما در دنیای رایانش کوانتومی یک پیشرفت بزرگ است که می‌تواند این حوزه را منقلب کند.

زمان‌ همدوسی(coherence) طویل‌تر به این معنی است که کیوبیت‌ها می‌توانند عملیات بیشتری را اجرا کنند و رایانه‌های کوانتومی می‌توانند محاسبات بیشتری را قبل از اغاز ابراز خطاها انجام بدهند.

نویسندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کنند: یک کیوبیت با همدوسی بالا به جامعه تحقیقاتی سود می‌رساند و کوششهای جهانی برای گسترش حسگرهای کوانتومی، همانند‌سازهای کوانتومی و رایانه‌های کوانتومی مبتنی بر فناوری‌های کوانتومی ابررسانا را تسریع می‌کند.

راه رسیدن به یک کیوبیت ابررسانای پایدار

کیوبیت‌ها زیاد ظریف می باشند. آنها به راحتی حالت کوانتومی خود را از طریق تعامل با محیط خود از دست خواهند داد، مشکلی که «واهمدوسی»( decoherence) نامیده می‌شود. سال‌ها است که دانشمندان در سراسر جهان در تلاشند کیوبیت‌هایی بسازند که بتوانند به قدر کافی پایدار بمانند تا محاسبات پیچیده را انجام بدهند.

پیش از این، بهترین زمان‌های همدوسی گزارش شده برای کیوبیت‌های ترانسمان (نوع محبوبی که در تعداد بسیاری از آزمایشگاه‌ها منفعت گیری می‌شود) حداکثر نزدیک به ۰.۶ میلی‌ثانیه می بود. فراتر رفتن از این مقدار زیاد دشوار بوده است، چون حتی ذرات کوچک نویز در مواد یا تنظیمات اندازه‌گیری می‌تواند علتفروپاشی حالت کوانتومی شود.

محققان دانشگاه آلتو در فنلاند برای تسلط بر این مشکل، نوع جدیدی از کیوبیت ترانسمان را با همدوسی غیرمعمول بالا طراحی کردند و ساختند. آنها از نوارهای ابررسانای بسیار تمیز منفعت گیری کردند و یک تراشه را در یک محیط تمیز و زیاد کنترل‌شده ساختند.

بیوگرافی هنرمندان

آنها با منفعت گیری از لیتوگرافی پرتو الکترونی (تکنیکی که برای ترسیم الگوهای ریز روی تراشه منفعت گیری می‌شود) مدارها را با دقت حکاکی کردند و اتصالات حیاتی جوزفسون را که همانند مغز کیوبیت عمل می‌کنند، به طور دقیق ساختند.

محققان این چنین دقت اختصاصی‌ای به اکسیداسیون و خلوص مواد داشتند تا انواع نقص‌های میکروسکوپی که طبق معمولً علتخرابی زودهنگام کیوبیت‌ها خواهد شد را افت دهند. بعد از ساخت تراشه، با منفعت گیری از یخچال مخصوص تا نزدیک به صفر مطلق خنک شد.

این دمای پایین به محافظت از حالت کوانتومی شکننده پشتیبانی می‌کند. برای اندازه‌گیری کارکرد، آنها از یک تحکیم‌کننده تخصصی منفعت گیری کردند که سیگنال‌های کوانتومی ضعیف را بدون اضافه کردن نویز اضافی دریافت می‌کند. در بین چهار کیوبیت روی تراشه، یکی به نام Q2 کارکرد بسیار خوبی داشت.

این کیوبیت حداکثر زمان همدوسی مقداری بیشتر از یک میلی‌ثانیه را با مقدار متوسط نزدیک به ۰.۵ میلی‌ثانیه نشان داد که زیاد طویل‌تر از اکثر دستگاه‌های گزارش شده قبلی است. حتی بهتر از آن، این نتایج در آزمایش‌های متعدد تکرار شد و ثابت کرد که این روش قابل مطمعن است.

نویسندگان این مطالعه افزودند: این نتیجه با نزدیک شدن به علامت میلی‌ثانیه برای زمان‌های اسایش انرژی و فاززدایی یک کیوبیت ترانسمان، گامی مهم در گسترش کیوبیت‌های ابررسانا با انسجام بالاست.

قدم بعدی چیست؟

این گامی بزرگ به سوی کاربردی‌تر کردن رایانه‌های کوانتومی است. کیوبیت‌های بادوام‌تر می‌توانند عملیات بیشتری را قبل از از دست دادن اطلاعات انجام بدهند که به معنی خطاهای کمتر و نیاز کمتر به تکنیک‌های پیچیده تصحیح اشتباه است.

با این حال، گسترش این کار به سیستم‌های کوانتومی بزرگ تا این مدت چالش‌های بسیاری را در بر دارد. علت این کار این است که قرار دادن کیوبیت‌های ترانسمان زیاد روی یک تراشه برای نگه داری انسجام میلی‌ثانیه‌ای هر کدام زیاد پیچیده‌تر از کار با چند کیوبیت و دستیابی به انسجام یک میلی‌ثانیه‌ای برای یک کیوبیت واحد خواهد می بود.

این که محققان چطور بر این مشکل تسلط خواهند کرد، تا این مدت اشکار نیست. اکنون، آنها برای پشتیبانی به دیگران در ساخت کار خود، همه جزئیات ساخت، مطرح‌ها و پروتکل‌های اندازه‌گیری خود را آشکارا به اشتراک گذاشته‌اند و امیدوارند این کوششها دانشمندان را به کاربردی‌تر کردن فناوری‌های کوانتومی نزدیک‌تر کند.

این مطالعه در مجله Nature Communications انتشار شده است.