Naukowcy z QuTech udoskonalili w krytyczny sposób tzw. „Andreev spin qubit” i wierzą, że może on stać się głównym kandydatem w dążeniu do idealnego kubitu. Nowy typ kubitów jest tworzony w bardziej niezawodny i wewnętrznie stabilny sposób w porównaniu z poprzednimi wersjami, dzięki połączeniu zalet dwóch innych typów kubitów. Zespół opublikował swoją pracę w Fizyka przyrody.

W przeciwieństwie do świata konwencjonalnych komputerów, gdzie bity są oparte na bardzo dobrze ugruntowanych i niezawodnych technologiach, idealnego kubitu jeszcze nie wynaleziono. Czy komputer kwantowy przyszłości będzie zawierał kubity oparte na nadprzewodzących kubitach transmonowych, kubity spinowe w krzemie, centra NV w diamencie, a może jakieś inne zjawisko kwantowe? Każdy typ kubitu ma swoje zalety i wady. Jeden jest bardziej stabilny, drugi ma wyższą wierność, a inne są łatwiejsze do masowej produkcji. Idealny kubit nie istnieje. Już.

Najlepsze z obu światów

W tej pracy naukowcy z QuTech – współpracy pomiędzy Delft University of Technology i TNO – wraz z międzynarodowymi współpracownikami stworzyli inteligentną kombinację istniejących technik przechowywania informacji kwantowych.

Marta Pita-Vidal, współpierwsza autorka, wyjaśnia: „Dwa z najbardziej obiecujących typów to kubity spinowe w półprzewodnikach i kubity transmonowe w obwodach nadprzewodzących. Jednak każdy typ ma swoje własne wyzwania. Na przykład kubity spinowe są małe i kompatybilne z obecnymi technologii przemysłowej, ale borykają się z interakcją na duże odległości. Z drugiej strony kubity transmonowe mogą być kontrolowane i skutecznie odczytywane na duże odległości, ale mają wbudowane ograniczenie prędkości operacji i są stosunkowo duże. Badacze w tym badania mają na celu wykorzystanie zalet obu typów kubitów poprzez opracowanie architektury hybrydowej, która je łączy”.

Kubity wirujące Andriejewa

„W naszym eksperymencie udało nam się bezpośrednio manipulować obrotem kubitu za pomocą sygnału mikrofalowego” – mówi Arno Bargerbos, drugi współautor. „Osiągnęliśmy bardzo wysokie „częstotliwości Rabiego”, które są miarą tego, jak szybko mogą kontrolować kubit. Następnie osadzili ten „kubit spinowy Andriejewa” w nadprzewodzącym kubicie transmonowym, który umożliwia szybki pomiar stanu kubitu”.

Naukowcy scharakteryzowali czas koherencji kubitu wirującego Andriejewa, który jest miarą tego, jak długo kubit może pozostać przy życiu. Zaobserwowali, że na jego „długowieczność” wpływa pole magnetyczne z otaczających materiałów.

„Wreszcie”, mówi Bargerbos, „zademonstrowaliśmy pierwsze bezpośrednie silne sprzężenie między kubitem spinowym a kubitem nadprzewodzącym, co oznacza, że ​​mogą one spowodować kontrolowaną interakcję dwóch kubitów. Sugeruje to, że kubit spinowy Andriejewa może stać się kluczem element do łączenia procesorów kwantowych opartych na radykalnie różnych technologiach kubitów: kubitach półprzewodnikowych spinowych i kubitach nadprzewodzących”.

Główny badacz Christian Andersen mówi: „Obecny kubit spinowy Andreeva nie jest jeszcze doskonały. Nadal musi zademonstrować operacje wielokubitowe, które są potrzebne w uniwersalnych komputerach kwantowych. Czas koherencji jest również nieoptymalny. Można to poprawić za pomocą inny materiał. Na szczęście skalowalność kubitów dorównuje kubitom półprzewodnikowym, budząc nadzieję, że uda nam się dojść do punktu, w którym tworzenie algorytmów kwantowych stanie się czynnikiem ograniczającym, a nie sprzęt kwantowy”.