U bekijkt dit artikel ongetwijfeld op een digitaal apparaat waarvan de basiseenheid van informatie de bit is, ofwel 0 of 1. Wetenschappers over de hele wereld racen om een ​​nieuw soort computer te ontwikkelen op basis van het gebruik van kwantumbits, of qubits, die tegelijkertijd 0 en 1 zijn en op een dag complexe problemen kunnen oplossen die verder gaan dan welke klassieke supercomputer dan ook.

Een team onder leiding van onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), in nauwe samenwerking met FAMU-FSU College of Engineering Associate Professor of Mechanical Engineering Wei Guo, heeft de oprichting aangekondigd van een nieuw qubit-platform dat veelbelovend is voor worden ontwikkeld tot toekomstige kwantumcomputers. Hun werk is gepubliceerd in Nature .

"Kwantumcomputers zouden een revolutionair hulpmiddel kunnen zijn voor het uitvoeren van berekeningen die praktisch onmogelijk zijn voor klassieke computers, maar er is nog werk aan de winkel om ze werkelijkheid te laten worden", zegt Guo, co-auteur van het papier. "Met dit onderzoek denken we dat we een doorbraak hebben die een heel eind gaat in de richting van het maken van qubits die het potentieel van deze technologie helpen realiseren."

Het team creëerde zijn qubit door neongas te bevriezen tot een vaste stof bij zeer lage temperaturen, elektronen van een gloeilamp op de vaste stof te spuiten en daar een enkel elektron op te vangen.

Hoewel er veel soorten qubits zijn, koos het team de eenvoudigste:een enkel elektron. Door een eenvoudige lichtdraad op te warmen, zoals je die misschien aantreft in kinderspeelgoed, kan er gemakkelijk een grenzeloze hoeveelheid elektronen vrijkomen.

Een belangrijke eigenschap van qubits is hun vermogen om gedurende lange tijd in een gelijktijdige 0 of 1 toestand te blijven, ook wel bekend als de 'coherentietijd'. Die tijd is beperkt en de limiet wordt bepaald door de manier waarop qubits omgaan met hun omgeving. Defecten in het qubit-systeem kunnen de coherentietijd aanzienlijk verkorten.

Om die reden koos het team ervoor om een ​​elektron in een vacuüm op te vangen op een ultrazuiver vast neonoppervlak. Neon is een van de slechts zes inerte elementen, wat betekent dat het niet reageert met andere elementen.

"Vanwege deze inertie kan vast neon dienen als de schoonst mogelijke vaste stof in een vacuüm om qubits te hosten en te beschermen tegen verstoring", zegt Dafei Jin, een wetenschapper uit Argonne en de hoofdonderzoeker van het project.

Door een supergeleidende resonator op chipschaal te gebruiken, zoals een miniatuur magnetronoven, kon het team de gevangen elektronen manipuleren, waardoor ze informatie van de qubit konden lezen en opslaan, waardoor het bruikbaar werd voor gebruik in toekomstige kwantumcomputers.

Eerder onderzoek gebruikte vloeibaar helium als medium voor het vasthouden van elektronen. Dat materiaal was gemakkelijk vrij te maken van defecten, maar trillingen van het vloeistofvrije oppervlak zouden de elektronentoestand gemakkelijk kunnen verstoren en daarmee de prestaties van de qubit in gevaar brengen.

Solid neon biedt een materiaal met weinig gebreken dat niet trilt zoals vloeibaar helium. Na het bouwen van hun platform voerde het team realtime qubit-bewerkingen uit met behulp van microgolffotonen op een gevangen elektron en karakteriseerde het de kwantumeigenschappen ervan. Deze tests toonden aan dat solide neon een robuuste omgeving bood voor het elektron met een zeer lage elektrische ruis om het te verstoren. Het belangrijkste was dat de qubit coherentietijden bereikte in de kwantumtoestand die concurreerde met andere ultramoderne qubits.

De eenvoud van het qubit-platform zou zich ook moeten lenen voor eenvoudige, goedkope productie, zei Jin.

De belofte van kwantumcomputing ligt in het vermogen van deze technologie van de volgende generatie om bepaalde problemen veel sneller te berekenen dan klassieke computers. Onderzoekers streven ernaar lange coherentietijden te combineren met het vermogen van meerdere qubits om aan elkaar te koppelen, ook wel verstrengeling genoemd. Kwantumcomputers zouden daardoor de antwoorden kunnen vinden op problemen die een klassieke computer vele jaren zou kosten om op te lossen.

Overweeg een probleem waarbij onderzoekers de laagste energieconfiguratie willen vinden van een eiwit dat uit veel aminozuren bestaat. Deze aminozuren kunnen zich op biljoenen manieren vouwen waar geen enkele klassieke computer het geheugen voor heeft. Met kwantumcomputing kan men verstrengelde qubits gebruiken om een ​​superpositie van alle vouwconfiguraties te creëren, waardoor alle mogelijke antwoorden tegelijkertijd kunnen worden gecontroleerd en het probleem efficiënter kan worden opgelost.

"Onderzoekers hoeven maar één berekening uit te voeren, in plaats van biljoenen mogelijke configuraties te proberen," zei Guo. + Verder verkennen

Eerste hybride kwantumbit gebaseerd op topologische isolatoren