Natuurkundigen hebben een 3D-kwantumgeheugen ontworpen dat de afweging maakt tussen het bereiken van lange opslagtijden en snelle uitleestijden, met behoud van een compacte vorm. Het nieuwe geheugen heeft potentiële toepassingen in quantum computing, kwantumcommunicatie, en andere technologieën.

de fysici, Edwar Xie en co-auteurs van het Walther-Meissner-Institut, Technische Universiteit van München, en Nanosystems Initiative München (NIM), Duitsland, hebben een artikel gepubliceerd over het nieuwe 3D-kwantumgeheugen in een recent nummer van Technische Natuurkunde Brieven .

"Omdat kwantuminformatie erg kwetsbaar is, het moet snel worden verwerkt of in een geschikte opslag worden bewaard. Deze twee vereisten zijn doorgaans tegenstrijdig, " vertelde Xie Phys.org . "Het grootste belang van ons werk is dat het laat zien hoe je een apparaat bouwt met snelle toegang tot opgeslagen kwantuminformatie, snelle verwerking mogelijk maken, gecombineerd met een lange bewaartijd."

Een van de grootste uitdagingen voor elke vorm van kwantumtechnologie is het verbeteren van de levensduur van de qubit, en als het gaat om kwantumherinneringen, 3D-apparaten bieden de langste coherentietijden, tot enkele milliseconden. In deze herinneringen, qubits worden opgeslagen in 3-D microgolfgolfgeleiderholtes, waarvan de langzame vervaltijden lange qubit-opslagtijden mogelijk maken. Echter, een afweging vindt plaats in deze apparaten, omdat snelle uitleestijden vereisen dat het verval van de holte snel is.

Eerder, onderzoekers hebben deze afweging op verschillende manieren aangepakt, bijvoorbeeld door de opslag- en uitleeseenheden fysiek te scheiden. Echter, met afzonderlijke eenheden worden de apparaten relatief groot en omvangrijk in vergelijking met 2D-geheugens, problemen veroorzaken voor de schaalbaarheid.

Om tegelijkertijd lange opslagtijden te realiseren, snelle uitleestijden, en een kleine voetafdruk, in de nieuwe studie maakten de onderzoekers gebruik van de multimode-structuur van 3D-holtes. Bij deze benadering de onderzoekers gebruikten antennes om een ​​qubit te koppelen aan twee verschillende modi van een enkele 3D-microgolfholte, wat veel compacter is dan het gebruik van twee volledig gescheiden units. Ze hebben de holte zo ontworpen dat de geheugenmodus een kwaliteitsfactor heeft die 100 keer groter is dan die van de uitleesmodus, wat leidt tot langzaam verval voor de geheugenmodus en snel verval voor de uitleesmodus.

Door deze koppeling is de onderzoekers toonden aan dat de qubit-status kan worden uitgelezen op een tijdschaal die 100 keer korter is dan de opslagtijd. Verder, simulaties toonden aan dat een nauwkeurigere antennepositionering de verhouding tussen uitlezing en opslagtijd zou kunnen verlengen tot 25, 000. Deze waarde zou aanzienlijk beter presteren dan de huidige hoogste gerapporteerde verhouding van 7300 voor kwantumgeheugens met cilindrische 3D-holtes.

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om het geheugen verder te verbeteren, zoals opschalen door meer qubits toe te voegen, de qubit koppelen aan hogere holtemodi, en het geheugen in staat stellen om kattoestanden op te slaan (een superpositie van twee macroscopische toestanden), die potentiële toepassingen heeft in continue variabele quantum computing.

"Een mogelijke toepassing van dit compacte 3D-kwantumgeheugen ligt op het gebied van analoge kwantumsimulatie, waar een geconstrueerd kwantumcircuit, zoals een qubit, bootst een atoom na, " zei Xie. "Vanwege zijn compacte formaat en ontspannen eisen aan bekabeling, ons 3D-quantumgeheugenplatform is specifiek geschikt voor het bouwen van ketens van kunstmatige atomen voor de simulatie van moleculen. Hier, één cel van de keten bestaat uit een enkele 3D-holte met één qubit, een opslagmodus voor tussentijdse informatieopslag en een uitleesmodus voor het snel ophalen van informatie. De koppeling met de naburige cel kan met een andere qubit worden bereikt."

© 2018 Fys.org