Fysiker vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences har hittat ett nytt sätt att skydda kvantinformation: skydda den med ljud. En stadig ström av ljudvågor kan hålla en ömtålig kvantbit, eller qubit, säker från bruset runt omkring den, vilket nästan tredubblar hur länge den håller sina data.
Varför qubits förlorar sitt minne
Qubits är byggstenarna i framtidens kvantdatorer. De lagrar information i ömtåliga kvanttillstånd som är lätta att störa. Värme, ströende elektromagnetiska fält och vardagliga vibrationer får alla qubits att förlora sina data snabbt – ett problem som kallas dekoherens. Att hålla en qubit stabil tillräckligt länge för att utföra beräkningar är en av de svåraste utmaningarna inom området.
En ljudsköld för ömtåliga kvanttillstånd
Harvard-teamet tog ett annat tillvägagångssätt. Istället för att försöka blockera brus använde de mekaniska vibrationer – ljudvågor – för att "klä" qubiten och skydda den från sin omgivning. I experiment som rapporteras i Nature Physics nästan tredubblade ljudskölden hur länge qubiten höll information.
I en relaterad demonstration tillämpade en grupp vid Cornell allmekaniskt koherensskydd på ett kisel-vakans-spinn i diamant. Eftersom skyddet är mekaniskt snarare än elektriskt undviker det den elektromagnetiska interferens som ofta stör kvantsystem. Ljudvågor kan också dirigeras på chip, vilket gör metoden praktisk för verkliga enheter.
Vad som kommer härnäst
Resultaten pekar mot ljudbaserade kvantnätverk byggda på chip och mot hybridsystem som kombinerar flera typer av kvantteknologi i en enhet. Forskare säger att metoden är enklare än många befintliga skyddssystem och kan kombineras med dem. Att bygga pålitliga kvantdatorer kommer fortfarande att ta år, men ljudskyddade qubits tar bort ytterligare ett hinder på vägen.
Ljudbaserat skydd har också en praktisk fördel: akustiska signaler kan ledas längs små kanaler på ett chip, så samma tillverkningsteknik som används för dagens mikroelektronik kan anpassas för kvantenheter. Harvard- och Cornell-teamen säger att nästa steg är att testa metoden i större arrayer av qubits, där brus och interferens multipliceras.