Napredak Kalifornijskog instituta za tehnologiju čini da kvantna memorija bude 30 puta trajnija

Kvantna memorija Kalifornijskog instituta za tehnologiju (Kaltek) na bazi zvuka traje 30 puta duže, što predstavlja skok napred ka praktičnoj kvantnoj tehnologiji.

Dok su superprovodni kubiti sjajni u brzim kalkulacijama, imaju teškoće sa skladištenjem informacija na duže periode. Naučnici iz Kalteka su smislili rešenje: pretvaranje kvantnih informacija u zvučne talase.

Preporučujemo

Pomoću malenog uređaja koji funkcioniše kao minijaturna akustična viljuška, istraživači su uspeli da produže trajanje kvantne memorije do 30 puta. Ovaj napredak bi mogao utrti put praktičnim, prilagodljivim kvantnim kompjuterima koji i računaju i pamte.

Naučnici su napravili hibridnu kvantnu memoriju koja pretvara podatke kubita u zvuk, omogućavajući da traje do 30 puta duže nego sa trenutnim superprovodnim sistemima.

Dok konvencionalni kompjuteri skladište informacije u obliku bita, fundamentalnih delova logike koji imaju vrednost ili 0 ili 1, kvantni kompjuteri su bazirani na kubitima, koji mogu biti u stanju koje je istovremeno i 0 i 1.

Ova neobična odlika, posebnost kvantne fizike poznata kao superpozicija, nalazi se u središtu očekivanja da će kvantno računarstvo rešiti probleme nerešive za klasične kompjutere.

Mnogi postojeći kvantni kompjuteri zasnovani su na superprovodnim elektronskim sistemima u kojima elektroni teku bez otpora na ekstremno niskim temperaturama. U ovim sistemima, kvantna mehanička priroda elektrona koji teku kroz pažljivo dizajnirane rezonatore stvara superprovodne kubite.

Ovi kubiti su izvrsni u brzom izvršavanju logičkih operacija potrebnih za računare. Međutim, skladištenje informacija – u ovom slučaju kvantnih stanja, matematičkih deskriptora određenih kvantnih sistema – nije njihova jaka strana.

Inženjeri tragaju za načinom da povećaju vreme skladištenja kvantnih stanja praveći takozvane „kvantne memorije“ za superprovodne kubite.

Sad su naučnici iz Kalteka primenili hibridni pristup za kvantne memorije, prevodeći električne informacije u zvuk tako da kvantna stanja iz superprovodnih kubita mogu da opstanu u skladištu tokom perioda do 30 puta dužeg nego kod drugih tehnika.

„Kad imate neko kvantno stanje, možda ne želite odmah da uradite nešto s njim. Potreban je način da mu se vratite kad želite da obavite neku logičku operaciju. Za to vam je potrebna kvantna memorija“, kažu istraživači.

Ranije je pokazano da bi zvuk, tačnije fononi, individualne čestice vibracije (kao što su fotoni individualne čestice svetlosti) mogao da obezbedi zgodan metod za skladištenje kvantnih informacija.

Uređaji testirani u klasičnim eksperimentima izgledali su idealni za uparivanje sa superprovodnim kubitima pošto su funkcionisali na istim ekstremno visokim frekvencijama merenim u gigahercima (ljudi čuju na frekvencijama merenim hercima i kilohercima koje su barem milion puta sporije). Takođe su imali dobar učinak na niskim temperaturama potrebnim za održanje kvantnih stanja sa superprovodnim kubitima, kao i duga trajanja.

Sad su istraživači napravili superprovodni kubit na čipu i povezali ga sa malenim uređajem nazvanim mehanički oscilator. U suštini minijaturna zvučna viljuška, oscilator se sastoji od fleksibilnih ploča koje vibriraju usled zvučnih talasa na gigahercnim frekvencijama. Kad je naelektrisanje pušteno na ploče, one mogu da reaguju sa električnim signalima koji nose kvantne informacije. To omogućava da se informacije uvedu u uređaj za skladištenje kao memoriju i izvedu kasnije.

Pažljivo je izmereno koliko dugo je bilo potrebno da oscilator izgubi svoj dragoceni kvantni sadržaj nakon što su informacije ušle u uređaj. Ispostavilo se da ovi oscilatori imaju oko 30 puta duže trajanje nego najbolji postojeći superprovodni kubiti.

Ovaj metod izgradnje kvantne memorije ima nekoliko prednosti u poređenju sa ranijim strategijama. Zvučni talasi putuju znatno sporije nego elektromagnetni, omogućavajući mnogo kompaktnije uređaje.

Štaviše, mehaničke vibracije, za razliku od elektromagnetnih talasa, ne šire se u slobodnom prostoru, što znači da energija ne curi iz sistema. To omogućava produžena vremena skladištenja i smanjuje neželjenu razmenu energije između okolnih uređaja.

Ove prednosti ukazuju na mogućnost da brojne takve zvučne viljuške budu uključene u jedan čip, obezbeđujući potecijalno proširiv način stvaranja kvantnih memorija.

Ovaj rad demonstrira minimalnu količinu interakcije između elektromagnetnih i akustičnih talasa potrebnu za ispitivanje vrednosti ovog hibridnog sistema kao memorijskog elementa. Da bi ova platforma zaista bila korisna za kvantno računarstvo, potrebna je sposobnost da se kvantni podaci unose u sistem i iznose mnogo brže. To znači da moramo pronaći načine da povećamo stope interakcije 3-10 puta u poređenju sa kapacitetima trenutnog sistema, kažu naučnici, koji imaju ideje kako to da se uradi.

(Telegraf Nauka/Science Daily)