Natuurkundigen van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences hebben een nieuwe manier gevonden om quantum-informatie te beschermen: afschermen met geluid. Een gestage stroom geluidsgolven kan een fragiele quantum bit, of qubit, veilig houden voor de ruis eromheen, waardoor bijna drie keer zo lang wordt vastgehouden hoe lang het zijn gegevens vasthoudt.
Waarom qubits hun geheugen verliezen
Qubits zijn de bouwstenen van toekomstige quantumcomputers. Ze slaan informatie op in delicate quantumtoestanden die gemakkelijk te verstoren zijn. Warmte, verdwaalde elektromagnetische velden en alledaagse trillingen zorgen er allemaal voor dat qubits hun gegevens snel verliezen — een probleem dat bekend staat als decoherentie. Een qubit stabiel genoeg houden om berekeningen uit te voeren, is een van de moeilijkste uitdagingen in het veld.
Een geluidsschild voor fragiele quantumtoestanden
Het Harvard-team koos een andere aanpak. In plaats van te proberen ruis buiten te sluiten, gebruikten ze mechanische trillingen — geluidsgolven — om de qubit te "kleden" en te beschermen tegen zijn omgeving. In experimenten gerapporteerd in Nature Physics verdrievoudigde het geluidsschild bijna hoe lang de qubit informatie vasthield.
In een gerelateerde demonstratie paste een groep aan Cornell volledig mechanische coherentiebescherming toe op een silicium-vacature spin in diamant. Omdat de bescherming mechanisch is in plaats van elektrisch, vermijdt het de elektromagnetische interferentie die quantum systemen vaak verstoort. Geluidsgolven kunnen ook op een chip worden gerouteerd, wat de methode praktisch maakt voor echte apparaten.
Wat komt er nu
De resultaten wijzen op op geluid gebaseerde quantumnetwerken die op chips zijn gebouwd, en op hybride systemen die verschillende soorten quantumtechnologie in één apparaat combineren. Onderzoekers zeggen dat de methode eenvoudiger is dan veel bestaande beschermingsschema's en ermee kan worden gecombineerd. Het bouwen van betrouwbare quantumcomputers zal nog jaren duren, maar geluidsbeschermde qubits verwijderen nog een obstakel op de weg.
Op geluid gebaseerde bescherming heeft ook een praktisch voordeel: akoestische signalen kunnen langs kleine kanalen op een chip worden geleid, zodat dezelfde productietechnologie die voor de huidige micro-elektronica wordt gebruikt, kan worden aangepast voor quantumapparaten. De teams van Harvard en Cornell zeggen dat de volgende stap is om de aanpak te testen in grotere reeksen qubits, waar ruis en interferentie zich vermenigvuldigen.