Oamenii de știință au creat primul qubit mecanic din lume: un sistem minuscul, în mișcare, care stochează informații cuantice folosind vibrații în loc de curenți electrici sau lumină.
Qubits sunt unitățile fundamentale ale informație cuantică. Spre deosebire de biții pe care i-ai găsi într-un computer clasic, qubiții pot exista ca 0, 1 sau o suprapunere a ambelor, datorită funcționării interioare ciudate ale mecanica cuantică şi incurcarea.
În mod tradițional, acestea sunt făcute din supraconductoare circuite, încărcate atomi (ioni) sau particule ușoare (fotonii). Cu toate acestea, noul qubit mecanic folosește fononi — un tip de „cvasiparticulă” – generată de vibrațiile din interiorul unui cristal de safir proiectat cu precizie.
O cvasiparticulă este un concept folosit pentru a descrie comportamentul și interacțiunile unui grup de particule ca și cum ar acționa ca o singură particulă. În acest caz, fononii reprezintă cvasiparticule care servesc în esență ca purtători de energie vibrațională.
Descoperirea ar putea deschide calea pentru tehnologii de senzori ultra-sensibile capabile să detecteze forțe precum gravitația, precum și noi metode pentru menținerea stabilității în computerele cuantice pentru perioade mai lungi, au spus oamenii de știință. Ei și-au publicat studiul pe 14 noiembrie în jurnal Ştiinţă.
Înrudit: Vom avea vreodată laptopuri cuantice?
Sistemele mecanice au fost considerate din istorie prea dificile pentru a fi folosite ca qubiți, deoarece, datorită principiilor mecanicii cuantice, nu sunt niciodată complet nemișcate. Aceasta înseamnă că există întotdeauna mișcare reziduală care trebuie luată în considerare și controlată pentru ca acestea să funcționeze la nivel cuantic.
De asemenea, oscilatoarele mecanice – dispozitive care stochează și transferă energie sub formă de fononi – sunt de obicei supuse vibrațiilor armonice la niveluri de energie uniform distanțate. Aceasta este o problemă, au explicat oamenii de știință, deoarece distanța uniformă face dificilă izolarea celor două stări de energie necesare pentru a reprezenta 0 și 1 ale unui qubit.
„[The challenge] este dacă puteți face nivelurile de energie suficient de spațiate inegal încât să puteți aborda două dintre ele fără să le atingeți pe celelalte”, coautor al studiului Yiwen Chua spus un fizician la ETH Zürich Ştiinţă.
Cercetătorii au abordat această problemă prin crearea unui sistem „hibrid”, cuplând un rezonator cu cristal de safir care măsoară 400 de micrometri (0,4 mm) cu un qubit supraconductor și reglandu-i pe cei doi pentru a interacționa la frecvențe ușor compensate. Când rezonatorul și qubit-ul au interacționat, acestea și-au amestecat stările cuantice, rezultând niveluri de energie spațiate neuniform în rezonator – un fenomen cunoscut sub numele de „anarmonicitate”.
Acest lucru le-a permis cercetătorilor să izoleze două stări distincte de energie, transformând efectiv rezonatorul într-un qubit mecanic.
În timp ce qubitul mecanic ar putea deține și manipula informații cuantice, fidelitatea sistemului – o măsură a cât de precis efectuează operațiuni cuantice – a fost înregistrată la doar 60%. Prin comparație, qubiții supraconductori de ultimă generație sunt adesea atinge fidelități peste 99%.
Chiar și așa, qubiții mecanici pot oferi avantaje unice, au spus oamenii de știință. De exemplu, ei pot interacționa cu forțe precum gravitația în moduri în care alte sisteme cuantice nu pot, făcându-le candidați promițători pentru dezvoltarea senzorilor cuantici foarte sensibili.
Qubiții mecanici pot fi, de asemenea, capabili să stocheze informații cuantice pentru perioade mai lungi de timp, au spus ei. Acest lucru este esențial pentru menținerea coerenței – o măsură a cât timp un sistem poate rămâne stabil și poate efectua calcule folosind date cuantice fără interferențe.
Cercetătorii lucrează acum pentru a lega mai mulți qubiți mecanici împreună pentru a efectua calcule de bază, despre care au spus că ar marca un pas cheie către aplicațiile practice ale tehnologiei.
Comentarii recente