Kvanttitietokoneinsinöörit osoittavat uusia menetelmiä kvanttitiedon koodaamisessa yhteen atomiin

Kvanttitietojenkäsittelyinsinöörit UNSW Sydneyssa ovat saavuttaneet merkittävän läpimurron kvanttitiedon koodauksessa. Äskettäin Nature Communications -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa tiimi osoitti kykynsä koodata kvanttitietoa neljällä ainutlaatuisella tavalla yhden atomin sisällä, tarkemmin sanottuna antimoniatomissa, joka on upotettu piisiruun. Tämä edistysaskel voisi mahdollisesti ratkaista haasteet miljoonien kvanttitietokoneyksiköiden käytössä pienellä alueella.

Valinta antimonia koodausaineeksi oli strateginen sen kahdeksasta erillisestä kvanttitilasta sen ytimessä ja elektronissa, jolla on kaksi kvanttitilaa, mikä tarkoittaa yhteensä 16 kvanttitilaa yhdessä atomissa. Vertailun vuoksi saman tilamäärän saavuttaminen tavallisilla kvanttibiteillä (qubit) edellyttäisi neljän erillisen yksikön valmistamista ja kytkemistä.

Tutkimuksen pääkirjoittaja Irene Fernandez de Fuentes kertoo, että tiimi pystyi hallitsemaan antimonia atomissa eri menetelmien avulla, kuten värähtelevillä magneettikentillä, magneettisella resonanssilla, sähkökentillä ja ”flip-flop” qubiteilla. Kaikki neljä menetelmää toteutettiin menestyksekkäästi samassa piisirussa, tarjoten suunnittelijoille lisää joustavuutta tulevaisuuden kvanttitietokonesirujen kehittämisessä.

Tämän läpimurron merkitys piilee siinä mahdollisuudessa, että kvanttitietokoneet voisivat suorittaa monimutkaisia laskelmia ja simulointeja minuuteissa, kun taas niihin kuluu tavallisilta huippuluokan tietokoneilta vuosia. Vaikka muut tiimit ovat edistyneet lisäämällä toimivia qubiteja, UNSW:n lähestymistapa keskittyy kvanttitietojenkäsittelyn integroimiseen olemassa olevan piisiruteknologian kanssa, mikä mahdollistaa miljoonien qubittien potentiaalin tiivistetyssä tilassa.

Jatkossa tiimi aikoo hyödyntää antimonia atomin ainutlaatuisia ominaisuuksia suorittaakseen monimutkaisempia kvanttitoimintoja ja pyrkii rakentamaan virheenkorjatun loogisen qubitin yhteen atomiin. Tämä edistysaskel on ratkaisevan tärkeää piikvanttirautaa skaalattaessa ja kvanttitietokoneiden kaupallisen potentiaalin toteuttamiseksi.

Yhteenvetona kvanttitiedon onnistunut koodaus yhteen atomiin on merkittävä askel eteenpäin kvanttitietojenkäsittelyn edistymisessä. Hyödyntämällä antimonin uniikkeja ominaisuuksia UNSW Sydneyssa toimiva tiimi on osoittanut tiivistettyjen ja tehokkaiden kvanttitietokonejärjestelmien potentiaalin.

UKK:

1. Mikä on hiljattain saavutettu läpimurto UNSW Sydneyn kvanttitietojenkäsittelyinsinööreiltä?
– Insinöörit ovat osoittaneet kykynsä koodata kvanttitietoa neljällä ainutlaatuisella tavalla yhden atomin sisällä, tarkemmin sanottuna antimoniatomissa, joka on upotettu piisiruun.

2. Miksi antimoni valittiin koodausaineeksi?
– Antimoni valittiin, koska siinä on kahdeksan erillistä kvanttitilaa sen ytimessä ja elektronissa, jolla on kaksi kvanttitilaa, mikä tarkoittaa yhteensä 16 kvanttitilaa yhdessä atomissa. Tämä tarjoaa lisää joustavuutta tulevaisuuden kvanttitietokonesirujen kehittämisessä.

3. Miten antimoniatomit hallittiin?
– Antimoniatomia hallittiin eri menetelmin, kuten värähtelevillä magneettikentillä, magneettisella resonanssilla, sähkökentillä ja ”flip-flop” qubiteilla. Kaikki neljä menetelmää toteutettiin onnistuneesti samassa piisirussa.

4. Mikä tämän läpimurron merkitys on?
– Kvanttitietokoneet, jotka pystyvät suorittamaan monimutkaisia laskelmia ja simulointeja minuuteissa, voitaisiin kehittää, kun taas tavallisilta huippuluokan tietokoneilta vastaaviin laskelmiin menisi vuosia. Tämä läpimurto keskittyy myös kvanttitietojenkäsittelyn integroimiseen olemassa olevan piisiruteknologian kanssa, mahdollistaen miljoonien qubittien potentiaalin tiivistetyssä tilassa.

5. Mitkä ovat tiimin tulevaisuudensuunnitelmat?
– Tiimi aikoo hyödyntää antimoniatomien ainutlaatuisia ominaisuuksia suorittaakseen monimutkaisempia kvanttitoimintoja ja pyrkii rakentamaan virheenkorjatun loogisen qubitin yhteen atomiin. Tämä on ratkaisevan tärkeää piikvanttiraudan laajentamisessa ja kvanttitietokoneiden kaupallisen potentiaalin toteuttamisessa.

Määritelmät:
– Kvanttitietojenkäsittely: Tietojenkäsittelyä, joka hyödyntää kvanttimekaniikan periaatteita laskelmien tekemiseen ja monimutkaisten ongelmien ratkaisemiseen.
– Antimoni: Kemiallinen alkuaine (Sb) uniikeilla kvanttisominaisuuksilla, jotka tekevät siitä sopivan kvanttitiedon koodaukseen.
– Kvanttitilat: Mahdolliset arvot, jotka kvanttijärjestelmä voi saada. Tässä artikkelissa antimoniatomit sisältävät 16 kvanttitilaa, mikä tarjoaa lisää joustavuutta kvanttijärjestelmien toiminnoissa.

Ehdotetut linkit:
– UNSW Sydney: Linkki UNSW Sydneyn pääverkkotunnukseen.
– Nature Communications: Linkki Nature Communications -lehden pääverkkotunnukseen.