|  | 4 октября 2017 | Новости науки и техники

Пара колеблющихся ионов, охлаждающих один одного - идеальный кубит, сохраняющий свое состояние в течение 10 минут

Ионы в магнитной ловушке


Помимо целого ряда причин, скорому появлению квантовых компьютеров, превосходящих по вычислительной мощности современные суперкомпьютеры, мешает еще то, что квантовые биты, кубиты, могли до последнего времени сохранять свое квантовое состояние не более одной минуты. А недавно группе исследователей из Китая удалось совершить прорыв в этой области. Созданные ими кубиты могут сохранять свою стабильность на протяжении 10 минут, а весь секрет заключается в специальной ионной ловушке, которая сама по себе может стать важной составляющей частью будущих квантовых компьютеров и коммуникационных сетей.

Во время самых первых экспериментов с квантовыми битами, в которых в качестве одного кубита использовались многочисленные группы атомов или ионов, пойманные в магнитную ловушку, ученым легко удавалось получить время сохранения стабильного состояния кубита более 10 минут. Однако, когда позже дело дошло до использования в качестве кубитов отдельных ионов, ситуация со временем сохранения стабильности резко ухудшилась. И самым лучшим временем, которое удалось получить ученым до последнего момента, было время чуть менее одной минуты.

Ученые из университета Цинхуа (Tsinghua University), возглавляемые Кихван Кимом (Kihwan Kim), выяснили причину, почему первые ранние эксперименты с квантовыми битами давали более лучшие результаты. Многочисленные группы ионов заключались в магнитных ловушках физической величины, гораздо большей, чем величина ловушек для одиночных ионов. Помимо этого, электроды, используемые для анализа состояния кубитов ранее, находились на достаточно большом удалении от группы ионов. Проведенные учеными расчеты показали, что в условиях первых экспериментов ионы кубитов получали извне в несколько миллионов раз меньшее количество тепла, которое заставляет ионы колебаться, что приводит к разрушению хрупкого состояния квантовой суперпозиции.

Для того, чтобы не дать тепловой энергии "раскачать" единственный ион кубита, ученые поместили в ловушку положительно заряженный ион бария-138 рядом с главным ионом иттербия-171. Эти ионы располагаются столь близко, что ион иттербия, в случае получения некоторого количества нежелательной тепловой энергии извне, толкает ион бария, отдавая ему часть своей кинетической энергии и охлаждаясь при этом. Помимо такого необычного охлаждения, исследователи использовали метод подавления шума магнитного поля, которое удерживает ион в ловушке. И все эти вместе взятые меры позволили достичь рекордного на сегодняшний день времени сохранения квантового стояния кубита на базе единственного иона.

В своих дальнейших исследованиях китайские ученые будут пытаться еще сильней подавить шум магнитного поля ионной ловушки, установив специальные экранирующие и стабилизирующие поле щиты. Учеными уже был проведен ряд экспериментов, в которых шум от магнитного поля был подавлен намного сильней, нежели во время проведения их первых экспериментов, но время сохранения стабильного квантового состояния так и осталось на отметке в 10 минут. "Сейчас мы уже не уверены, что тепловой нагрев ионов является главной проблемой" - рассказывает Кихван Ким, - "Я надеюсь, что скоро мы определим главного виновника и найдем метод борьбы с ним, что позволит нам получить еще более длительное время сохранения стабильности".




Ключевые слова:
Квантовый, Компьютер, Бит, Кубит, Время, Стабильность, Суперпозиция, Тепло, Колебания, Энергия, Ловушка, Ион, Барий, Иттербий

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • 125 атомов, контролируемых лазером и микроволновыми лучами, могут стать осн ...
  • Ученые установили новый рекорд, запутав 219 ионов, пойманных в квантовой ло ...
  • Ученым удалось создать первые долгоживущие квантовые биты на основе атомов ...
  • "Дефектные" алмазы могут стать основой квантового Интернета будущего
  • Сверхбыстрые ионы - путь к созданию скоростных квантовых компьютеров.




  • 4 октября 2017 08:28
    #1 Написал: Аллочка Шакед

    Публикаций: 0
    Комментариев: 11
    А может, всё-таки, не один одного, а друг друга? bully
        
    4 октября 2017 11:40
    #2 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3916
    ион иттербия, в случае получения некоторого количества нежелательной тепловой энергии извне, толкает ион бария

    Что-то с трудом верится, что при таком столкновении квантовое состояние первого иона не разрушается.


    --------------------
        
    4 октября 2017 23:40
    #3 Написал: gen_sec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 124
    FomaNeverujuwij,
    можэт там между ними непосредственного столкновения не происходит, возможно из за заряда иона бария?

    Аллочка Шакед,
    чтото Вы не договариваете)))
        
    6 октября 2017 00:17
    #4 Написал: Helltorn

    Публикаций: 0
    Комментариев: 278
    При криогенных температурах атомы даже газов как известно не двигаются, а слегка вибрируют, излучая терагерцевые фотоны. При снижении t ниже -270°C энтропия (теплоотдача) атомов снижается настолько, что близка к нолю. Только принудительное воздействие (например лазера) вызывает инфляцию, что позволяет дальнейшее охлаждение атомов до температур близких к абсолютному нолю. Причём чем легче атомная масса частиц, тем быстрей они охлаждаются. Атом Иттербия очень тяжёлый и очень плохо охлаждается, зато имеет самый длительный период нахождения в состоянии суперпозиции. Атом Бария легче и быстро охлаждается, а в связке с Иттербием отнимает и у него излишки энергии. Это и позволяет ему находиться в состоянии кубита значительно дольше без постороннего вмешательства лазера.
    Собственно необходимость охлаждать каждый кубит отдельным лазером не позволяет сейчас создавать квантовые процессоры с числом кубитов более 12, потому что остаточное излучение лазеров разрушает состояние суперпозиции и чем их больше, тем быстрей.
    Возможно эта технология позволит создавать квантовые суперкомпьютеры, частично снимая проблему фоновых помех техногенного характера. Очень своевременная и перспективная разработка!
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.