Znaleźli sposób na bezpieczne resetowanie kubitów. Jest rekordowo szybki

Fizycy z japońskiego instytutu badawczego RIKEN wymyślili błyskawiczną i bezpieczną metodę resetowania kubitów. Ma to pomóc w funkcjonowaniu komputerów kwantowych.

Używane przez większość z nas komputery przetwarzają informacje przechowywane w formie bitów. Te przyjmują wartości wynoszące zero lub jeden. Komputery kwantowe funkcjonują natomiast inaczej, ponieważ są oparte na kubitach. Mogą on przyjmować nie tylko wartość zero lub jeden, ale również obie jednocześnie. W takich okolicznościach mówimy, iż bit kwantowy znalazł się w stanie superpozycji.

Czytaj też: Stan kwantowy utrzymany dłużej niż dotychczas. Nowy rekord związany z węglikiem krzemu

Problem polega na tym, że ponowne wykorzystanie tego sam obwodu do wykonywania wielu operacji wymaga zresetowania kubitów, tak, aby przyjęły one zerową wartość. Obecnie stosuje się w tym celu połączenie kubitu z fotonem w niewielkich rozmiarów urządzeniu zwanym rezonatorem. W takich okolicznościach kubit przekazuje swoją energię do rezonatora, a foton znajdujący się w tym urządzeniu rozpada się. Towarzyszy temu emisja energii, która trafia do otoczenia.

W takich właśnie okolicznościach kubit wraca do stanu podstawowego, co oznacza, iż przyjmuje zerową wartość. Niestety, cały proces obniża jakość bitu kwantowego, w efekcie czego w pewnym momencie traci on swoją przydatność. Innymi słowy: okres istnienia kubitu ulega skróceniu. Z tego względu Jaw Shen Tsai oraz Teruaki Yoshioka postanowili poszukać alternatywnych sposobów na wykonanie resetu.

Kubity stanowią podstawę funkcjonowania komputerów kwantowych

Naukowcy stworzyli symulację, która miała im w tym pomóc. Na podstawie obliczeń zaproponowali zbudowanie rezonatora, który można kontrolować. Potrzeba do tego dodatkowego złącza wykonanego poprzez połączenie materiału nadprzewodzącego z izolatorem, metalem, innym izolatorem i innym nadprzewodnikiem. Sterowanie takim złączem jest możliwe poprzez stosowanie napięcia.

Układ jest ustawiony tak, by foton nie mógł się rozpadać, a po zakończeniu operacji napięcie ulega celowej zmianie. To z kolei sprawia, iż foton uwalnia energię. Najlepszy dotychczasowy wynik laboratoryjny w resetowaniu kubitu wynosi 280 nanosekund, przy 99,0% dokładności. Nasze symulacje sugerują, że możemy zresetować kubit w 80 nanosekund, z dokładnością 99,0%.

wyjaśnia Yoshioka

Czytaj też: Obliczenia kwantowe na wyciągnięcie ręki. To zasługa Microsoftu

Wyniki uzyskane przez japońskich naukowców są więc niezwykle imponujące, a wygląda na to, że to nie koniec postępów w tym zakresie. Obecnym ich celem jest implementacja proponowanego rozwiązania w obwodzie kwantowym. Szczegółowe informacje w tej sprawie znajdziecie w publikacji dostępnej na łamach Applied Physics Letters.