A kvantumszámítógépek alapvető építőköveinek, a qubiteknek új formáival kísérleteznek.
A qubit leggyakrabban az egyes elektronok különböző energiaállapotain alapul. A kvantumszámítástechnika még gyerekcipőben jár, ezért keresik az újabb technológiákat és qubittípusokat. Az egyik fajtájuk a spin qubit.
Ahhoz, hogy nagyobb teljesítményű kvantumprocesszorokat kapjunk, a qubitek és a műveletek számát is növelni kell, ehhez két módszere van a tudósoknak. Az egyik a skálázás, a másik a koherencia. Skálázásnál egyre több qubitet adnak a rendszerhez, a koherencia pedig a rendszer stabilitásának fejlesztése és pontosságának javítása.
A közelmúltban megjelent Nature tanulmányban az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának (DOE) Argonne National Laboratory csapata bejelentette egy új qubit létrehozását, amelyet úgy alakítanak ki, hogy neongázt nagyon alacsony hőmérsékleten szilárd anyaggá fagyasztanak, fényből elektronokat szórnak ki, és egyetlen elektront fognak be. Ez a rendszer ígéretesnek tűnik a jövő kvantumszámítógépeinek építőköveként.
A csapat új qubit projektjének kulcsfontosságú eleme egy szupravezetőből készült, chip méretű mikrohullámú rezonátor.
A szupravezetők – elektromos ellenállás nélküli fémek – lehetővé teszik az elektronok és fotonok egymás közötti kölcsönhatását az abszolút nulla fok közelében minimális energia- vagy információveszteség mellett.
A mikrohullámú rezonátor lehetőséget biztosít a qubit állapotának leolvasására. A qubit és a mikrohullámú jel közötti kölcsönhatást koncentrálja, így méréseket lehet végezni a qubit működéséről.
— mondta Kater Murch, a St. Louis-i Washington Egyetem fizikaprofesszora, a tanulmány vezető társszerzője.
Egy hasznos kvantumszámítógép megvalósításához a qubitekkel szemben támasztott minőségi követelmények rendkívül szigorúak. Noha manapság a qubiteknek különféle formái léteznek, egyik sem ideális, de a cikkben leírt új neonrendszer nagyon jó, és a kutatók azt tervezik, hogy folytatják a koherenciaidők optimalizálását és javítását.
A Washington Egyetem új kutatási fejlesztésében nanogyártási technikákat alkalmaznak szupravezető kvantumáramkörök megalkotására, amelyek lehetővé teszik a kvantummechanika alapvető kérdéseinek megvizsgálását.
Most olyan módszereket keresnek, amelyekkel csökkenthető a dekoherencia az új qubitrendszerekben, így javítva azok élettartamát.
A most rendelkezésünkre álló qubit az elektron mozgásán alapul, ha ezt spin qubitté alakítjuk, ami az elektron spinéhez kapcsolódik, akkor a qubit sokkal kevésbé lesz érzékeny a környezetére, és nagyságrendekkel növeli a qubit minőségét.
— mondta Murch.