Новости Golunoid.ru






Уважаемые друзья!
Проекту нужна Ваша помощь и Вы можете нам помочь!


Мы очень надеемся на Вашу помощь и поддержку! Всем спасибо, кто уже помогает нам на Boosty и готов помогать развивать проект!

Всем, кто поможет нашему проекту, будет предоставлен доступ к эксклюзивному контенту, а также выслано приглашение в закрытый чат рекомендаций.

ThemesAll

Реакция читателя

Science and Technology
2024-01-24 10:00:10

Квантовый прорыв: швейцарские ученые открыли новый тип кубитов из пар ионов редкоземельных элементов

Квантовый прорыв: швейцарские ученые открыли новый тип кубитов из пар ионов редкоземельных элементов

Квантовые компьютеры — это физические системы, которые используют квантово-механические явления для представления и манипуляции информацией. Они могут выполнять вычисления, которые невыполнимы или требуют огромного количества времени для классических компьютеров, такие как моделирование сложных систем, криптография, оптимизация и другие. Однако для реализации квантовых компьютеров необходимо разработать квантовые биты, или кубиты — элементы, которые могут находиться в двух состояниях, например, 0 или 1, а также в их суперпозициях — линейных комбинациях этих состояний с различными амплитудами.

Одной из основных проблем при реализации кубитов является их декогерентность — потеря квантовой информации из-за взаимодействия с окружающей средой. Поэтому необходимо искать способы защиты кубитов от внешних воздействий и увеличения их времени когерентности. Существует много разных способов реализации кубитов, таких как сверхпроводящие контуры, ионы в ловушках, атомы в оптических решетках, фотоны в квантовых точках и другие. Одним из наиболее перспективных является использование твердотельных кубитов, то есть кубитов, созданных из кристаллов с примесями определенных атомов или молекул, которые имеют квантовые свойства, такие как спин, заряд или энергетический уровень.

Твердотельные кубиты имеют ряд преимуществ, таких как возможность масштабирования, интеграции с существующими технологиями, управления с помощью электрических или магнитных полей и света. Однако твердотельные кубиты также сталкиваются с серьезными трудностями, связанными с декогерентностью. Поскольку кубиты взаимодействуют с другими атомами в кристалле, они теряют свою квантовую информацию из-за тепловых флуктуаций, магнитных шумов, электрических зарядов и других факторов. Поэтому долгое время считалось, что для достижения долгой когерентности необходимо использовать сверхчистые материалы с очень низкой концентрацией примесей, которые могут служить в качестве кубитов. Однако такой подход имеет свои недостатки, такие как сложность синтеза и характеризации таких материалов, а также проблема считывания и управления кубитами, которые сильно разбавлены в кристалле.

Недавно группа исследователей из Института Пауля Шеррера PSI, ETH Цюрих и EPFL сделала удивительное открытие, которое может изменить подход к созданию твердотельных кубитов. Они показали, что в кристаллах с высокой концентрацией примесей редкоземельных элементов, таких как тербий, существуют кубиты с очень долгой когерентностью, которые не подвержены влиянию окружающей среды. Их результаты были опубликованы в журнале Nature Physics.

Как это возможно? Оказывается, что секрет кроется в том, что эти кубиты не образованы из одиночных ионов редкоземельных элементов, а из пар таких ионов, которые сильно взаимодействуют друг с другом. Эти пары имеют особые квантовые состояния, которые не зависят от спина или заряда отдельных ионов, а от суперпозиций разных состояний электронной оболочки. Это означает, что эти кубиты работают на другой энергии, чем одиночные ионы, и поэтому невосприимчивы к ним. Таким образом, они изолированы от внешних воздействий и сохраняют свою квантовую информацию гораздо дольше.

Исследователи обнаружили эти парные кубиты случайно, когда исследовали кристаллы фторида иттрия и лития, легированные тербием, с помощью микроволновой спектроскопии. Они также использовали свет для управления и измерения квантовых эффектов в этих материалах, и обнаружили, что те же самые кубиты могут работать на более высоких частотах оптического лазерного света. Это интересно, потому что редкоземельные элементы имеют оптические переходы, которые позволяют легко взаимодействовать со светом. В будущем исследователи планируют использовать свет от рентгеновского Free Electron Laser SwissFEL или Swiss Light Source SLS для наблюдения за квантовой обработкой информации в этих материалах. Этот подход может быть использован для считывания всего ансамбля кубитов с помощью рентгеновского света.

Кроме того, исследователи нашли способ улучшить защиту кубитов от окружающей среды, применив магнитное поле к материалу, которое было настроено так, чтобы полностью аннулировать эффект ядерного спина тербия в парах. Это привело к немагнитным состояниям кубитов, которые были минимально чувствительны к шуму от ядерных спинов окружающих атомов «мусора».

Когда этот уровень защиты был включен, пары кубитов имели продолжительность жизни до ста раз дольше, чем одиночные ионы в том же материале.

«Если бы мы решили искать кубиты на основе пар тербия, мы бы не брали материал с таким количеством ядерных спинов», — говорит Эппли. «Это показывает, насколько мощным может быть этот подход. С правильным материалом когерентность может быть еще дольше». Вооружившись знанием этого явления, следующих шаг — оптимизация матрицы.



наука
технологии
квант
процессор
компьютер




Encyclopaedic reference
НАУКА - это система знаний о закономерностях развития природы, общества и мышления, а также отдельная отрасль таких знаний. Это деятельность, направленная на выработку и систематизацию объективных знаний о действительности.
Social media
You can discuss this news at VK or Telegram, you can also share the material via messenger or social media



News on other topics



Current section news
Other news
Back to top



Latest publications





© 2011-2023 Golunoid
Design & Development: 2004-2023 Comrasoft