پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا چهار کیوبیت را در الماس دمای اتاق ۱۰ برابر سریع‌تر درهم‌تنیده کردند

پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا چهار کیوبیت را در دمای اتاق درون یک الماس با استفاده از یک دروازه کنترل واحد درهم‌تنیده کردند و زمان عملیات را نسبت به روش معمول حدود ۹۰ درصد کاهش دادند، در حالی که دقت را نیز بهبود بخشیدند — ترکیبی که در سخت‌افزار کوانتومی نادر است، جایی که سرعت و دقت معمولاً با یکدیگر مبادله می‌شوند.

تیم پژوهشی که کار آن‌ها این ماه در مجله Nature Nanotechnology منتشر شد، یک حالت درهم‌تنیده چهار کیوبیتی را در ۱۴.۸ میکروثانیه تولید کردند. روش معمول، که کیوبیت‌ها را دوتا-دوتا از طریق دنباله‌ای از دروازه‌های جداگانه درهم‌تنیده می‌کند، حدود ده برابر بیشتر طول کشید تا به همان حالت چهار کیوبیتی برسد و این کار را با دقت کمتری انجام داد: دقت ۰.۶۹ در برابر ۰.۹۲ برای روش موازی جدید.

چرا دمای اتاق اهمیت دارد

بیشتر پلتفرم‌های پیشرو محاسبات کوانتومی — از جمله کیوبیت‌های ابررسانا که IBM و گوگل استفاده می‌کنند — نیاز به خنک‌سازی نزدیک به صفر مطلق دارند و بار مهندسی عظیمی در سامانه‌های کرایوژنیک، خلاء و محافظت اضافه می‌کنند. سیستم پنسیلوانیا در عوض از یک مرکز نیتروژن-خالی (NV) استفاده می‌کند، نوعی نقص خاص در شبکه بلوری الماس که مانند یک بیت کوانتومی پایدار رفتار می‌کند.

تبدیل یک باگ به یک ویژگی

ترفند فنی به‌طور غیرمعمولی ظریف است: به‌جای مبارزه با تداخل ناخواسته‌ای که هنگام هدف قرار دادن یک پالس کنترلی برای یک اسپین هسته‌ای رخ می‌دهد و ناخواسته بر همسایگانش تأثیر می‌گذارد، تیم پنسیلوانیا زمان‌بندی و تکرار دنباله کنترل خود — الگویی به نام XY8 — را تنظیم کردند تا عمداً از این تداخل به‌عنوان یک عملیات درهم‌تنیدگی موازی استفاده کنند.

این چه چیزی را ممکن می‌کند و چه چیزی را هنوز نه

پژوهشگران می‌گویند این روش کنترل به سایر انواع نقص الماس و ثبات‌های نقص مشابه در کربید سیلیکون و سیلیکون قابل تعمیم است. کاربردهای فوری شامل تصحیح خطای کوانتومی، گره‌های حافظه کوانتومی برای شبکه‌های کوانتومی آینده و حسگری کوانتومی در دمای اتاق است.

هشدار این است: این هنوز یک نمایش آزمایشگاهی چهار کیوبیتی است، نه یک پردازنده کوانتومی کارآمد. رسیدن از چهار کیوبیت درهم‌تنیده به هزاران یا میلیون‌ها کیوبیت مورد نیاز برای یک رایانه کوانتومی همه‌منظوره و تحمل‌پذیر خطا، مشکل مهندسی جداگانه و بسیار سخت‌تری است.

بر اساس گزارش The Quantum Insider، مبتنی بر انتشار در Nature Nanotechnology.