Pinalawak ng SMART Protocol ang Silicon Qubit’ Coherence nang 100x

Ang isang pangkat ng mga mananaliksik sa University of New South Wales (UNSW) sa Sydney ay nakamit ang isang pambihirang tagumpay sa spin qubit coherence times (bubukas sa bagong tab). Sinamantala ng pananaliksik ang nakaraang gawain ng koponan sa tinatawag na “bihis” na mga qubit – mga qubit na patuloy na nasa ilalim ng epekto ng isang electromagnetic field na pumipigil sa kanila mula sa pagkagambala. Bilang karagdagan, ginamit ng mga mananaliksik ang isang bagong idinisenyong protocol, ang SMART, (nagbubukas sa bagong tab) na gumagamit ng mas mataas na oras ng pagkakaugnay upang payagan ang mga indibidwal na qubit na ligtas na maisagawa ang mga kinakailangang pagkalkula.

Ang mga pagpapahusay ay nagbigay-daan sa mga mananaliksik na magrehistro ng mga oras ng pagkakaugnay-ugnay na hanggang dalawang millisecond – higit sa isang daang beses na mas mataas kaysa sa mga katulad na paraan ng pagkontrol sa nakaraan, ngunit isang paraan pa rin mula sa tagal ng oras na kumukurap ang iyong mga eyelid.

Mayroong ilang mga paraan ng pagpapataas ng computing power na magagamit sa isang quantum system (bubukas sa bagong tab). Ang pagtaas ng bilang ng mga qubit – na maaaring isipin na katulad ng mga klasikal na transistor – ay isa. Bukod sa pagtaas ng bilang ng mga matutugunan na qubit sa isang partikular na sistema, mahalaga din kung tama ang mga resulta na ibinibigay ng mga qubit na ito (kung saan ang ilang mga pagpapatupad ng pagwawasto ng error ay nasa pagbuo). Ang isa pang paraan ng pagpapabuti ng pagganap ay upang madagdagan ang bilang ng mga beses na maaaring hawakan ng mga qubit ang kanilang impormasyon bago ang decoherence – sa sandaling bumagsak ang estado ng mga qubit, na humahantong sa pagkawala ng lahat ng impormasyong nilalaman nito. Sa kaso ng spin qubits, sa tuwing humihinto ang electron sa pag-ikot ay ang death knell para sa estado ng qubits.

“Ang mas mahabang oras ng pagkakaugnay ay nangangahulugan na mayroon kang mas maraming oras kung saan naka-imbak ang iyong impormasyon sa kabuuan – na kung ano mismo ang kailangan mo kapag gumagawa ng mga operasyon ng quantum,” sabi ng Ph.D. mag-aaral na si Amanda Seedhouse, na ang trabaho sa theoretical quantum computing ay nag-ambag sa tagumpay. “Ang oras ng pagkakaugnay ay karaniwang nagsasabi sa iyo kung gaano katagal mo magagawa ang lahat ng mga operasyon sa anumang algorithm o sequence na gusto mong gawin bago mo mawala ang lahat ng impormasyon sa iyong mga qubit,” patuloy ni Amanda.

Ang protocol ng SMART (Sinusoidally Modulated, Always Rotating and Tailored) ng mga mananaliksik ay naglalayong pahusayin ang mga oras ng pagkakaugnay-ugnay sa pamamagitan ng pagbabawas ng interference na ipinakilala sa kapaligiran ng isang qubit – habang nagbibigay-daan para sa pinong kontrol ng bawat qubit.

Ang isang paraan ng pakikipag-ugnayan sa mga silicon spin qubit ay ilagay ang mga ito sa mga patlang ng microwave, ngunit ito ay napatunayang isang paraan ng pagbubuwis: ang isang microwave emitter ay tradisyonal na kinakailangan upang kontrolin ang bawat isa sa mga gumaganang qubit. Gayunpaman, ang pagpapanatili ng napakaraming magnetic field na nakabatay sa microwave na nagtatrabaho sa quantum realm – kasama ang pag-scale ng pagkonsumo ng enerhiya at pagtaas ng thermal dissipation mula sa pagkasira ng antennae – ay may posibilidad na tumaas ang ingay sa kapaligiran. At ang mas mataas na ingay sa kapaligiran ay nagdaragdag ng mga pagkakataong mangyari ang qubit decoherence. Bukod dito, ang mga pagtatangka ng mga siyentipiko na dagdagan ang kontrol sa mga estado ng qubit ay nagtrabaho laban sa mga oras ng pagkakaugnay.

Ang lahat ng ito ay magiging hadlang laban sa mga kinakailangan para sa full-scale na quantum computing, inaasahang mangangailangan ng milyun-milyong qubit na magkakasuwato na nagtatrabaho patungo sa isang pangwakas na layunin sa pag-compute.

Gamit ang isang dielectric resonator, ipinakita ng mga mananaliksik na ang kabuuan ng field ng qubit ay maaaring kontrolin gamit ang isang antena sa halip (bubukas sa bagong tab). Ang antenna, inaasahang hahawak ng milyun-milyong qubit nang sabay-sabay, ay gumagana sa pamamagitan ng pagpapanatili ng spin ng electron – ang quantum property kung saan nakukuha ng mga silicon qubit ang bahagi ng kanilang kagandahan. Ang isa pang elemento ay ang mga silicon na qubit ay maaaring makagamit ng mga dekada-mahabang kadalubhasaan ng mga tagagawa ng silikon sa paghikayat sa sukdulang pagganap ng materyal na ito at pinakamataas na ani ng pagmamanupaktura.

Ngunit bagama’t mahalaga na mapanatili ang mga estado ng pag-ikot ng buong qubit field (magbubukas sa bagong tab) (upang hindi sila mag-decohere), kakailanganin pa rin ng mga tumpak na kalkulasyon na ang mga qubit ay indibidwal na manipulahin. Halimbawa, kung ang mga pagbabago sa field ng microwave ay makakaapekto sa lahat ng mga qubit nang magkatulad, kung gayon hindi gaanong makokontrol kung anong impormasyon ang kinakatawan ng bawat spin qubit.

Ginawa at pinagtibay ng mga mananaliksik ang SMART protocol upang mas madaling makipag-ugnayan sa mga estado ng qubit. Sa pamamagitan nito, maaari nilang manipulahin ang mga spin qubit upang mag-rock pabalik-balik sa halip na umiikot sa mga bilog. Tulad ng pendulum ng isang grandfather clock, ang bawat qubit ay ginawang pabalik-balik. Sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa ugoy ng bawat qubit sa pamamagitan ng isang electric field, ang mga qubit ay naalis sa resonance habang pinapanatili ang kanilang ritmo, na nagpapahintulot sa mga mananaliksik na i-swing sila sa iba’t ibang tempo kumpara sa kanilang mga kapitbahay (isang “tumataas” habang ang isa ay “bumabagsak. ”).

“Isipin mo ito tulad ng dalawang bata sa isang swing na halos pasulong at paurong sa sync,” sabi ni Ms. Seedhouse. “Kung bibigyan natin ng push ang isa sa kanila, maaabot natin sila sa dulo ng kanilang arko sa magkabilang dulo, kaya ang isa ay maaaring maging 0 kapag ang isa ay 1 na ngayon.”

Ang mga pagsisikap ng mga mananaliksik ng UNSW ay nagpakita na ang mga grupo ng mga qubit ay maaaring kontrolin sa pamamagitan ng isang solong, microwave-based na magnetic source. Sa kaibahan, ang paglalapat ng isang magnetic field na kinokontrol ng elektroniko ay maaaring mas mahusay na makontrol ang mga indibidwal na qubit. Ayon sa mga mananaliksik, ang SMART protocol ay gumagamit ng isang potensyal na landas para sa mga full-scale na quantum computer.

“Nagpakita kami ng isang simple at eleganteng paraan upang kontrolin ang lahat ng mga qubit nang sabay-sabay na may mas mahusay na pagganap,” sabi ni Dr. Henry Yang (nagbubukas sa bagong tab), isa sa mga senior na mananaliksik sa koponan.