Naťahovanie diamantov robí qubity stabilnejšie a ovládateľnejšie
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 12. 12. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Výskumníci tvrdia, že došlo k prelomu v kvantovej komunikácii, a to vďaka novej technike naťahovania diamantov. Tá podľa nich výrazne zvyšuje teploty, pri ktorých zostávajú qubity zapletené, a zároveň ich robí mikrovlnami ovládateľnými.
Kvantové sieťovanie je novovznikajúca oblasť, ktorá využíva kvantové javy na odosielanie a prijímanie informácií. Tieto siete nebude možné hacknúť a budú využívať kvantové zapletenie na pokrytie veľkých vzdialeností, čím sa vytvoria páry qubitov, ktoré navzájom odzrkadľujú kvantový stav bez akéhokoľvek fyzického spojenia.
Qubity na báze diamantov sú schopné udržať si svoj stav zapletenia po slušnú dobu. No len za predpokladu, že sú udržiavané neuveriteľne chladné, len kúsok nad absolútnou nulou. To obmedzuje ich užitočnosť, pretože by to znamenalo, že by ste potrebovali obrovský, energeticky náročný chladiaci prístroj v každom uzle vašej kvantovej siete.
Vedci z Chicagskej univerzity, Národného laboratória Argonne a Cambridgeskej univerzity však tvrdia, že našli prelomové riešenie. A to doslova natiahnutím diamantu, aby zmenili jeho molekulárnu mriežku. Tím pritom položil tenký diamantový film na horúce sklo. Ako sa sklo ochladzuje, zmršťuje sa. No zmršťuje sa menej ako diamant, pričom pôsobí napínacia sila na molekulárnej úrovni. Zmena v štruktúre diamantu je podľa výskumného tímu „nekonečne malá“, ale efekt je dramatický.
Teplota, pri ktorej zostávajú tieto natiahnuté diamantové qubity zapletené, sa zvýšila z tesne nad absolútnou nulou na 4 Kelviny (-269 °C). To je stále veľmi chladné, ale je oveľa, oveľa jednoduchšie dosiahnuť teplotu 4 Kelviny ako menej ako 1 Kelvin. Príslušné zariadenie je tak oveľa lacnejšie a kompaktnejšie.
„Je to rádový rozdiel v infraštruktúre a prevádzkových nákladoch,“ povedal Alex High, odborný asistent z Pritzkerovej školy molekulárneho inžinierstva, ktorého tím viedol štúdiu. „Táto technika vám umožňuje dramaticky zvýšiť prevádzkovú teplotu týchto systémov až do bodu, kedy je ich prevádzka oveľa menej náročná na zdroje“.
„Väčšina qubitov dnes vyžaduje špeciálnu chladničku veľkosti miestnosti a tím vysoko vyškolených ľudí, ktorí ju prevádzkujú,“ dodal High. „Takže ak si predstavujete priemyselnú kvantovú sieť, kde by ste museli postaviť jednu každých päť alebo 10 kilometrov, bavíme sa o dosť veľkej infraštruktúre a pracovnej sile“.
Napínané diamantové štruktúry tiež znížili šum a zvýšili vernosť informácií pohybujúcich sa systémom až na 99 %, pretože tieto qubity je možné ovládať pomocou mikrovĺn, na rozdiel od predchádzajúcich verzií. Tie si vyžadovali svetlo v optickom spektre, čo predstavuje značnú chybovosť.
„Zvyčajne, ak má systém dlhšiu životnosť koherencie, je to preto, že dokáže dobre ‚ignorovať‘ vonkajšie rušenie. To znamená, že je ťažšie ho kontrolovať, pretože tomuto rušeniu odoláva,“ povedal doktorand Xinghan Guo, prvý autor článku. „Je veľmi vzrušujúce, že vykonaním veľmi zásadnej inovácie s vedou o materiáloch sme dokázali preklenúť túto dilemu“.
Článok bol nedávno publikovaný v magazíne Physical Review X.
