Anbefalt, 2024

Redaktørens valg

Diamanter kan være Quantum Computing's nye beste venn

Double Slit Experiment explained! by Jim Al-Khalili

Double Slit Experiment explained! by Jim Al-Khalili
Anonim

Kjernen i kvantemåling er evnen til såkalte "qubits" eller atom-skala byggeklosser av kvante datamaskiner, å bebo mer enn én fysisk tilstand samtidig. Kjent som superposisjon, det er det som gir kvante datamaskiner sitt spennende potensial.

Superposisjon kan være en ekte bjørn å opprettholde, men denne uken annonserte MIT-forskere en ny tilnærming utviklet med syntetiske diamanter. Til slutt kan det sette pålitelige, arbeidende kvante datamaskiner innen nærmere rekkevidde.

En del av utfordringen som er innebygd i kvantdisplay, opprettholder stabilitet. I mange andre felt som oppnås via tilbakemeldingskontroll: Med en ønsket tilstand i tankene, måler forskerne den nåværende tilstanden og foretar justeringer som nødvendig for å holde systemet på linie.

Problemet i kvanteverdenen er den måling - en nødvendig en del av prosessen - ødelegger superposisjon. Så i dette området må forskerne tradisjonelt gjøre uten tilbakemelding som de ellers ville stole på.

Den nye forskningen beskriver et tilbakemeldingskontrollsystem for å opprettholde kvante superposisjon som ikke krever måling. I stedet bruker den det som er kjent som et nitrogen-ledig senter i en diamant.

"I stedet for å ha en klassisk kontroller for å implementere tilbakemeldingen, bruker vi nå en kvantekontroller," sa Paola Cappellaro, Esther og Harold Edgerton lektor av kjernevitenskap og engineering ved MIT. "Fordi regulatoren er kvantum, trenger jeg ikke å gjøre mål for å vite hva som skjer."

En ren diamant består av karbonatomer som er arrangert i en vanlig gitterstruktur. Hvis en karbonkjerne mangler fra gitteret der man normalt ville eksistere, anses det som en ledig stilling. Hvis et nitrogenatom tar plass til et karbonatom i gitteret i en posisjon som ligger ved siden av en ledig stilling, er det kjent som et nitrogen-ledig (NV) senter.

Når det blir utsatt for et sterkt magnetfelt - i dette tilfellet , en permanent magnet plassert over diamanten - et NV-senters elektroniske spinn kan være opp, ned eller en kvantes superposisjon av de to. Her ligger verdien for kvantemåling.

Først setter en dose mikrobølger NV-senterets elektroniske spinn i superposisjon. Deretter setter en stråling av radiofrekvensstråling nitrogenkjernen inn i en spesifisert spin-tilstand. En andre, lavere kraftdose av mikrobølger "sperrer" spinnene til nitrogenkjernen og NV-senteret, slik at de blir avhengige av hverandre.

På det tidspunktet kunne NV qubit bli satt på jobb sammen med andre qubits å utføre en beregning, men forskerne administrerte også ytterligere mikrobølgeeksponeringer for å teste feil.

Bottom line? Systemet tillot en NV-senterkvantumbit å forbli i superposisjon ca 1000 ganger så lenge det ellers ville. Det betyr i sin tur at arbeidet med kvante datamaskiner kan være nærmere enn vi har tenkt så langt.

Et papir som beskriver arbeidet ble utgitt denne uken i tidsskriftet Nature.

Top