Harvardin John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences -koulun fyysikot ovat löytäneet uuden tavan suojata kvantti-informaatiota: suojata se äänellä. Tasainen ääniaaltojen virta voi pitää hauraan kvanttibitin eli kubitin turvassa ympäröivältä kohinalta, lähes kolminkertaistaen kuinka kauan se säilyttää datansa.
Miksi kubitit menettävät muistinsa
Kubitit ovat tulevaisuuden kvanttitietokoneiden rakennuspalikoita. Ne varastoivat informaatiota herkissä kvanttitiloissa, joita on helppo häiritä. Lämpö, hajavuotavat sähkömagneettiset kentät ja arkipäivän värähtelyt saavat kubitit menettämään datansa nopeasti – ongelma tunnetaan dekoherenssina. Kubitin pitäminen vakaana riittävän kauan laskelmien suorittamiseen on yksi alan vaikeimmista haasteista.
Äänisuoja hauraille kvanttitiloille
Harvardin ryhmä lähestyi asiaa eri tavalla. Sen sijaan, että he olisivat yrittäneet estää kohinaa, he käyttivät mekaanisia värähtelyjä – ääniaaltoja – "pukemaan" kubitin ja suojaamaan sen ympäristöltä. Nature Physics -lehdessä raportoiduissa kokeissa äänisuoja lähes kolminkertaisti kuinka kauan kubitti säilytti informaation.
Liittyvässä demonstraatiossa Cornellin ryhmä sovelsi täysin mekaanista koherenssisuojaa timantin piityhjiön spinille. Koska suoja on mekaaninen eikä sähköinen, se välttää sähkömagneettiset häiriöt, jotka usein häiritsevät kvanttijärjestelmiä. Ääniaaltoja voidaan myös reitittää sirulla, mikä tekee menetelmästä käytännöllisen oikeille laitteille.
Mitä seuraavaksi
Tulokset viittaavat ääneen perustuviin kvanttiverkkoihin, jotka on rakennettu siruille, ja hybridijärjestelmiin, jotka yhdistävät useita kvanttiteknologian tyyppejä yhdessä laitteessa. Tutkijat sanovat menetelmän olevan yksinkertaisempi kuin monet olemassa olevat suojausjärjestelmät ja että se voidaan yhdistää niihin. Luotettavien kvanttitietokoneiden rakentaminen vie vielä vuosia, mutta äänisuojatut kubitit poistavat yhden esteen lisää tieltä.
Ääneen perustuvalla suojauksella on myös käytännön etu: akustiset signaalit voidaan ohjata pitkin pieniä kanavia sirulla, joten sama valmistusteknologia, jota käytetään nykypäivän mikroelektroniikassa, voidaan mukauttaa kvanttilaitteisiin. Harvardin ja Cornellin ryhmät sanovat, että seuraava askel on testata menetelmää suuremmissa kubittiryhmissä, joissa kohina ja häiriöt moninkertaistuvat.