Czas koherencji, czyli kluczowy parametr kubitów
Jak wyjaśnia doktorant Mikko Tuokkola, odpowiedzialny za pomiary, jego zespół zmierzył czas koherencji dla kubitu transmonowego. Nowy rekord opiewa na jedną milisekundę, z medianą wynoszącą pół milisekundy. Czas koherencji to fundamentalny parametr określający, jak długo kubit opiera się zakłóceniom ze środowiska. Dłuższa stabilność jest mile widziana, ponieważ umożliwia przeprowadzenie większej liczby operacji przed wystąpieniem błędów, co jest kluczowe dla praktycznej użyteczności komputerów kwantowych. Nowy najlepszy rezultat oznacza wyraźny skok względem poprzedniego rekordu, wynoszącego około wokół 0,6 milisekundy.
Czytaj też: Nowy stan materii kwantowej wstrząsnął światem. Wykazuje zaskakującą odporność na promieniowanie
Ten niewątpliwy sukces bez wątpienia miał więcej niż jednego ojca, ponieważ członkowie zespołu badawczego wymieniają co najmniej kilka różnych czynników, które odegrały istotną rolę w badaniach. Na liście znalazły się kwestie takie jak ulepszona konstrukcja kubitu transmonowego; wykorzystanie ultraczystych materiałów nadprzewodzących o wysokiej jakości; precyzyjna produkcja z zastosowaniem litografii wiązką elektronów; skrupulatne formowanie złączy Josephsona czy też schładzanie układu do temperatur bliskich zera absolutnego. Zespół pracował z kubitem o częstotliwości 2,9 GHz. Mediana czasu relaksacji energii wyniosła 425 mikrosekund, osiągając maksymalnie 666 mikrosekund. Ogromny nacisk położono na eliminację mikroskopijnych defektów poprzez ścisłą kontrolę procesów utleniania i czystości materiałów.
Sukces sukcesem, ale do pełni szczęścia jeszcze długa droga
Mimo imponujących wyników, badacze zdają sobie sprawę z wyzwań. Skalowanie technologii do układów złożonych z wielu kubitów wciąż wydaje się ogromnym przedsięwzięciem. Utrzymanie milisekundowej stabilności na pojedynczym układzie scalonym z wieloma kubitami pozostaje nierozwiązanym problemem. Mikko Möttönen, kierujący zespołem, zauważa, że przełomowe osiągnięcie jego zespołu wzmocniło pozycję Finlandii jako globalnego lidera w tej dziedzinie, a co najważniejsze: przesunęło granice tego, co może być możliwe dzięki komputerom kwantowym projektowanym w przyszłości. Bardzo istotnym aspektem pozostaje to, że naukowcy opublikowali pełne szczegóły dotyczące procesu produkcyjnego, projektu i metod pomiarowych. Takie dane powinny przydać się innym grupom badawczym, które chciałyby przyspieszyć postępy w rozwoju technologii kwantowych.
Czytaj też: Fizycy przepisali magnetyczne DNA materiału. Sądzono, że nigdy się to nie uda
Dłuższy czas koherencji ma kluczowe znaczenie dla stworzenia praktycznych maszyn kwantowych. Zmniejsza on bowiem obciążenie związane z kwantową korekcją błędów, przybliżając nas do realizacji odpornych na błędy obliczeń kwantowych. To z kolei otwiera drogę do rozwiązywania problemów, które dziś przerastają możliwości klasycznych komputerów. Choć entuzjazm jest uzasadniony, warto pamiętać, że od pojedynczego, stabilnego kubitu do funkcjonalnego komputera kwantowego wiedzie jeszcze długa i niepewna droga. Osiągnięcie Finów jest jednak mocnym krokiem naprzód w tym kontekście.
Rekordowa stabilność kubitu to bez wątpienia coś, co można uznać za spory krok w tej dziedzinie. Otwiera ona drzwi do eksperymentów wymagających dłuższych obliczeń i testowania bardziej złożonych algorytmów kwantowych. Redukcja błędów wynikających z krótkiego czasu koherencji jest niezbędna dla praktycznego wykorzystania tej technologii. Z drugiej strony, przejście od pojedynczych, rekordowych kubitów do tysięcy stabilnie współpracujących jednostek w jednym układzie to wciąż gigantyczne wyzwanie inżynieryjne i naukowe. W związku z tym pozostaje nam czekać na kolejne postępy, które w długofalowej perspektywie powinny zaowocować pojawieniem się komputerów zdolnych do zmiany naszej codziennej rzeczywistości.