science >> Wetenschap >  >> Fysica

Onderzoekers verbeteren de levensduur van qubits voor kwantumcomputers

Illustratie van het filteren van ongewenste quasideeltjes (rode bollen) uit een stroom supergeleidende elektronenparen (blauwe bollen) met behulp van een microgolf-aangedreven pomp. Krediet:Philip Krantz, Krantz NanoArt

Een internationaal team van wetenschappers is erin geslaagd de levensduur van supergeleidende kwantumcircuits verder te verbeteren. Een belangrijke voorwaarde voor het realiseren van krachtige kwantumcomputers is dat de opgeslagen gegevens zo lang mogelijk intact blijven. De onderzoekers, waaronder Jülich-fysicus Dr. Gianluigi Catelani, hebben een techniek ontwikkeld en getest die ongepaarde elektronen uit de circuits verwijdert. Het is bekend dat deze de levensduur van de qubit verkorten. De studie is online gepubliceerd door het tijdschrift Wetenschap vandaag.

Quantumcomputers zouden op een dag aanzienlijk hogere rekensnelheden kunnen bereiken dan conventionele digitale computers bij het uitvoeren van bepaalde soorten taken. Supergeleidende circuits behoren tot de meest veelbelovende kandidaten voor het implementeren van kwantumbits, bekend als qubits, waarmee kwantumcomputers informatie kunnen opslaan en verwerken. De hoge foutenpercentages die gepaard gaan met eerder beschikbare qubits hebben tot nu toe de omvang en efficiëntie van kwantumcomputers beperkt. Dr. Gianluigi Catelani van het Peter Grünberg Instituut (BGA-2) in Jülich, heeft nu samen met zijn collega's een manier gevonden om de tijd te verlengen waarin de supergeleidende circuits foutloos een "0" of een "1" kunnen opslaan. Naast Catelani, het team bestaat uit onderzoekers die in de VS werken (Massachusetts Institute of Technology, Lincoln-laboratorium, en de Universiteit van Californië, Berkeley), Japan (RIKEN), en Zweden (Chalmers University of Technology).

Wanneer supergeleidende materialen worden gekoeld tot onder een materiaalspecifieke kritische temperatuur, elektronen komen samen om paren te vormen; dan kan stroom zonder weerstand vloeien. Echter, tot nu toe is het niet gelukt om supergeleidende schakelingen te bouwen waarin alle elektronen zich bundelen. Enkele elektronen blijven ongepaard en kunnen niet zonder weerstand stromen. Door deze zogenaamde quasideeltjes, energie gaat verloren en dit beperkt de tijdsduur dat de circuits gegevens kunnen opslaan.

Onderzoekers hebben nu een techniek ontwikkeld en getest die ongepaarde elektronen tijdelijk uit het circuit kan verwijderen; met behulp van microgolfpulsen, ze zijn in feite "uitgepompt". Dit resulteert in een drievoudige verbetering van de levensduur van de qubits.

"De techniek is in principe direct toepasbaar voor alle supergeleidende qubits", verklaarde Catelani, WHO, als theoretisch fysicus heeft bijgedragen aan de analyse en interpretatie van de experimentele gegevens. Echter, hij benadrukte dat de levensduur van qubits slechts een van de vele hindernissen is bij de ontwikkeling van complexe kwantumcomputers. Bovendien, de nieuwe techniek houdt in dat de quasideeltjes niet permanent worden verwijderd, maar keer op keer terug. De wetenschappers hebben een andere oplossing klaar om dit probleem op te lossen:de pomptechniek kan worden gecombineerd met een andere methode die de quasideeltjes permanent opsluit. Catelani, samen met zijn collega's van Jülich en Yale, heeft al zo'n quasideeltjes "val" geanalyseerd en getest. Hun resultaten werden in september gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling B (DOI:10.1103/PhysRevB.94.104516).