Qubits, of kwantumbits, zijn de belangrijkste bouwstenen in het hart van elke kwantumcomputer. Om een ​​berekening uit te voeren, signalen worden van en naar qubits geleid. Echter, qubits zijn extreem gevoelig voor interferentie van hun omgeving, en moeten worden afgeschermd van signalen van buitenaf, in het bijzonder van magnetische velden. Het is een serieus probleem dat de apparaten die zijn gebouwd om qubits te beschermen tegen ongewenste signalen, bekend als niet-wederkerige apparaten, produceren zelf magnetische velden. Bovendien, ze zijn enkele centimeters groot, wat problematisch is, gezien het feit dat een groot aantal van dergelijke elementen nodig is in elke kwantumprocessor.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers van het Institute of Science and Technology Austria (IST Oostenrijk), gelijktijdig met concurrerende groepen in Zwitserland en de Verenigde Staten, hebben de grootte van niet-wederkerige apparaten met twee ordes van grootte verminderd. hun apparaat, die ze vergelijken met een verkeersrotonde voor fotonen, slechts ongeveer een tiende van een millimeter groot is, en - nog belangrijker - het is niet magnetisch. Hun studie werd gepubliceerd in het open access tijdschrift Natuurcommunicatie .

Wanneer onderzoekers een signaal zoals een microgolffoton van een qubit willen ontvangen, terwijl wordt voorkomen dat ruis en andere onechte signalen naar de qubit gaan, ze gebruiken niet-wederkerige apparaten, zoals isolatoren of circulatiepompen. Deze apparaten regelen het signaalverkeer, vergelijkbaar met de manier waarop het verkeer in het dagelijks leven wordt geregeld."Stel je een rotonde voor waarin je alleen tegen de klok in kunt rijden, " legt eerste auteur Dr. Shabir Barzanjeh uit, een postdoc in de groep van professor Johannes Fink aan IST Oostenrijk. "Bij afrit nummer één, aan de onderkant, daar is onze qubit. Het zwakke signaal kan naar uitgang nummer twee bovenaan gaan. Maar een signaal dat van afrit nummer twee komt, kan niet hetzelfde pad terug naar de qubit afleggen. Het wordt gedwongen om tegen de klok in te reizen, en voordat het uitgang één bereikt, het ontmoet uitgang drie. Daar, we blokkeren het en zorgen ervoor dat het de qubit niet schaadt."

De 'rotondes' die de groep heeft ontworpen, bestaan ​​uit aluminium circuits op een siliciumchip en ze zijn de eerste die gebaseerd zijn op micromechanische oscillatoren:twee kleine siliciumstraaltjes oscilleren op de chip als de snaren van een gitaar en interageren met het elektrische circuit. Deze apparaten zijn klein van formaat - slechts ongeveer een tiende van een millimeter in diameter. Dit is een van de grote voordelen die het nieuwe onderdeel heeft ten opzichte van zijn traditionele voorgangers, die enkele centimeters breed waren.

Momenteel, er zijn slechts een paar qubits gebruikt om de principes van kwantumcomputers te testen, maar in de toekomst duizenden of zelfs miljoenen qubits zullen met elkaar worden verbonden, en veel van deze qubits hebben hun eigen circulatiepomp nodig. "Stel je voor dat je een processor bouwt die miljoenen van zulke centimeter-formaat componenten heeft. Het zou enorm en onpraktisch zijn, ", zegt Shabir Barzanjeh. "Het gebruik van onze niet-magnetische en zeer compacte on-chip circulatiepompen maakt het leven een stuk eenvoudiger." Toch moeten er enkele hindernissen worden genomen voordat de apparaten voor deze specifieke toepassing zullen worden gebruikt. de beschikbare signaalbandbreedte is momenteel nog vrij klein, en de vereiste aandrijfkrachten kunnen de qubits schaden. Echter, de onderzoekers hebben er alle vertrouwen in dat deze problemen oplosbaar blijken te zijn.