Physiker an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences haben einen neuen Weg gefunden, Quanteninformationen zu schützen: mit Schall abschirmen. Ein stetiger Strom von Schallwellen kann ein fragiles Quantenbit, oder Qubit, vor dem Rauschen um es herum bewahren und die Zeit, die es seine Daten hält, fast verdreifachen.
Warum Qubits ihr Gedächtnis verlieren
Qubits sind die Bausteine zukünftiger Quantencomputer. Sie speichern Informationen in empfindlichen Quantenzuständen, die leicht zu stören sind. Hitze, Streuelektromagnetische Felder und alltägliche Vibrationen führen dazu, dass Qubits ihre Daten schnell verlieren – ein Problem, das als Dekohärenz bekannt ist. Ein Qubit lange genug stabil zu halten, um Berechnungen durchzuführen, ist eine der größten Herausforderungen auf diesem Gebiet.
Ein Schallschild für fragile Quantenzustände
Das Harvard-Team verfolgte einen anderen Ansatz. Anstatt zu versuchen, Rauschen zu blockieren, nutzten sie mechanische Vibrationen – Schallwellen – um das Qubit zu „bekleiden“ und es vor seiner Umgebung zu schützen. In Experimenten, über die in Nature Physics berichtet wurde, verdreifachte der Schallschild fast die Zeit, die das Qubit Informationen hielt.
In einer verwandten Demonstration wandte eine Gruppe an der Cornell University einen rein mechanischen Kohärenzschutz auf einen Silizium-Fehlstellen-Spin in Diamant an. Da der Schutz mechanisch und nicht elektrisch ist, vermeidet er die elektromagnetischen Störungen, die Quantensysteme oft beeinträchtigen. Schallwellen können auch auf einem Chip geleitet werden, was die Methode für reale Geräte praktikabel macht.
Was als Nächstes kommt
Die Ergebnisse deuten auf schallbasierte Quantennetzwerke auf Chips hin und auf hybride Systeme, die mehrere Arten von Quantentechnologie in einem Gerät kombinieren. Forscher sagen, die Methode sei einfacher als viele bestehende Schutzschemata und könne mit ihnen kombiniert werden. Der Bau zuverlässiger Quantencomputer wird noch Jahre dauern, aber schallgeschützte Qubits beseitigen ein weiteres Hindernis auf dem Weg.