Ті самі крихітні вібрації, які передають квантову інформацію на чіп, також можуть утримати цю інформацію від згасання.
Квантові технології стикаються з постійною проблемою: кубіти дуже чутливі до збурень у своєму середовищі. Дослідники з Гарвардської школи інженерії та прикладних наук Джона А. Полсона (SEAS) тепер захистили кубіт за допомогою механічних коливань, по суті, звукових хвиль, у квантовому масштабі.
Прорив став результатом лабораторії Марко Лончара, професора електротехніки Тянцай Лінь. Це може допомогти скоротити квантові мережі, зменшити інтерференцію між компонентами та з’єднати різні типи кубітів в єдину гібридну систему.
Побудова квантових мереж з шумом
Дослідження, що в Фізика природиекспериментально під керівництвом Елізи Корнелл і Чжуцзін Сю. Корнелл нещодавно завершив свою кандидатуру. в лабораторії Лончара і зараз є докторантом у Бостонському університеті, тоді як Сью є колишнім постдокторантом у групі.
Система використовує спін електрона, пов’язаний з атомною домішкою алмазу, як енергонезалежну квантову пам’ять. Коливальні частинки, відомі як фонони, можуть переносити квантову інформацію між цими вузлами пам’яті так само, як фотони переносять інформацію через оптичні мережі.
Раніше лабораторія Лончара допомогла визначити потенціал цього підходу, розробивши фонетичну прогалину. Ці структури обмежують коливання невеликою областю та збільшують їх взаємодію зі спіном електрона.
Фонони мають набагато коротшу довжину хвилі, ніж світлові хвилі тієї ж частоти, що дозволяє квантовим компонентам займати менше місця на чіпі. Вони також можуть бути менш калорійними, залишатися в порожнинах довше при низьких температурах і взаємодіяти як з твердотільними котушками, так і з електромагнітними полями. Ця комбінація робить перспективні зв’язки між квантовими технологіями невловимими.
Проблема квантової пам’яті
Сильна взаємодія з фононами пов’язана зі складним компромісом. Корисна квантова пам’ять повинна підтримувати когерентність, тобто вона повинна зберігати свій квантовий стан достатньо довго, щоб зберігати, обробляти або передавати інформацію. Шум навколишнього середовища може швидко порушити цей стан.
Дослідники, як правило, борються з цим шумом за допомогою мікрохвильових імпульсів, які ретельно синхронізуються. Однак ці імпульсні послідовності не дуже підходять для обертання кубітів всередині резонансної фононної порожнини, створюючи конфлікт між сильним фононним зв’язком і стабільною квантовою пам’яттю.
Команда Гарварду усунула цю невідповідність за допомогою того, що вона назвала «захистом повної механістичної когерентності». Замість того, щоб покладатися на звичайні мікрохвильові імпульси, дослідники постійно бомбардували кремнієву порожнину в алмазі фононами, перетворюючи її в екранований стан, відомий як «одягнений» кубіт.
Фонони виконують дві функції
Замаскований кубіт описується як “маскування” безперервного акустичного поля навколо нього. Це змінює те, як кубіт реагує на навколишнє середовище, роблячи його менш вразливим до низькочастотного шуму, який інакше порушив би збережену інформацію.
Оскільки екрануюче поле є механічним, воно може працювати в тих самих фонетичних проміжках, які призначені для з’єднання стаціонарних квантових вузлів. Таким чином, фонони можуть виконувати дві функції в одному пристрої: передавати квантову інформацію між кубітами та захищати цю інформацію під час зберігання.
«Ми вирішуємо дві проблеми», — сказав Корнелл. «Ми хочемо, щоб спін мав сильну взаємодію з фононами, і ми хочемо, щоб спін мав тривалий час когерентності. Наша стаття показує метод збільшення часу когерентності, щоб він збігався з центром кремнієвої порожнини в порожнині».
Швидший контроль і довша сумісність
Ця техніка подовжила час когерентності кремнієвої порожнинної котушки майже втричі, продемонструвавши, що безперервне придушення механічного шуму може захистити квантову інформацію в реальному пристрої.
Дослідники також досягли частоти Рабі 800 мегагерц, що дозволяє миттєво контролювати колесо. Разом тривала когерентність і швидка робота можуть підтримувати високоефективні квантові ворота, опосередковані фононами, наближаючи компактні квантові мережі на кристалі до практичного використання.
Довідка: «Повністюмеханічний захист синхронізації та швидке керування колісною базою» Еліза Корнелл, Чжуцзін Сюй, Чжао Ван, Хана К. Ворнер, Еліана Манн, Майкл Хаас, Смарак Майті, Грем Джо, Лян Цзян, Пітер Рабл, Бенджамін Пінго та Марко Лончар Фізика природи.
DOI: 10.1038/s41567-026-03369-2
Це дослідження отримало федеральну підтримку США від Національного наукового фонду під номером гранту EEC-1941583; Управління наукових досліджень ВПС під номерами FA9550-23-1-0333 і FA9550-23-1-0338; і Q-NEXT, Управління науки Міністерства енергетики США Національний дослідницький центр квантової інформаційної науки під нагородою № DE-FOA-0002253. Робота була виконана частково в Гарвардському центрі нанорозмірних систем, члені Національної мережі інфраструктури нанотехнологій, за підтримки премії Національного наукового фонду № ECS-0335765.
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня SciTechDaily.
Слідкуйте за нами в Google і Google News.
