Naukowcy opracowują nowy sposób rozciągania diamentu w celu uzyskania lepszych części kwantowych

Dzięki badaczom z Uniwersytetu Kalifornijskiego przyszła sieć kwantowa może stać się mniej rozległa Uniwersytet w ChicagoNarodowe Laboratorium Argonne i Uniwersytet w Cambridge.

A Amerykańska Narodowa Fundacja Nauki–Wspierał drużyna Ogłoszono znaczący przełom w inżynierii sieci kwantowych. „Rozciągając” cienkie warstwy diamentu, stworzyli bity kwantowe, które mogą działać przy znacznie zmniejszonym sprzęcie i kosztach ogólnych. Zmiana ułatwia także kontrolowanie bitów.

Naukowcy mają nadzieję, że wyniki opublikowane w… Przegląd fizycznyMoże to sprawić, że przyszłe sieci kwantowe staną się bardziej wykonalne.

„Ta technologia pozwala znacznie podnieść temperaturę roboczą tych systemów do poziomu, w którym ich działanie wymaga mniej zasobów” – powiedział Alex Hay z Uniwersytetu w Chicago, który kierował badaniem.

Bity kwantowe, czyli kubity, mają unikalne właściwości interesujące naukowców badających przyszłość sieci komputerowych — na przykład można je praktycznie zabezpieczyć przed próbami włamań. Zanim jednak stanie się ona powszechną technologią stosowaną na co dzień, należy pokonać poważne wyzwania.

Jednym z głównych problemów z kubitami są „węzły”, które przesyłają informacje przez sieć kwantową. Kubity tworzące te węzły są niezwykle wrażliwe na ciepło i wibracje, dlatego naukowcy muszą je schłodzić do ekstremalnie niskich temperatur, aby mogły zadziałać.

„Większość dzisiejszych kubitów wymaga specjalnej lodówki wielkości pomieszczenia i zespołu wysoko wykwalifikowanych ludzi do ich obsługi, więc jeśli wyobrazisz sobie przemysłową sieć kwantową, w której trzeba budować jedną co 5 lub 10 kilometrów, teraz mówisz o znaczącym ilość infrastruktury i siły roboczej” – powiedział Hay.

Laboratorium Hay współpracowało z badaczami z Argonne National Laboratory, krajowego laboratorium Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych stowarzyszonego z Uniwersytetem w Chicago, aby eksperymentować z materiałami, z których wykonane są te kubity, i sprawdzić, czy mogliby ulepszyć tę technologię.

Jeden z najbardziej obiecujących rodzajów kubitów wykonany jest z diamentu. Kubity te, zwane centrami kolorów grupy IV, są w stanie utrzymać splątanie kwantowe – komunikację między cząstkami, takimi jak elektrony czy fotony, nawet gdy są od siebie oddalone – przez stosunkowo długi czas, ale w tym celu muszą zostać schłodzone do zaledwie niska temperatura. Lekko powyżej zera absolutnego.

Zespół chciał ulepszyć strukturę materiału, aby zobaczyć, jakie można w nim ulepszyć, co było trudnym zadaniem, biorąc pod uwagę twardość diamentu. Naukowcy odkryli jednak, że można „rozciągnąć” diamenty na poziomie molekularnym, jeśli umieści się cienką warstwę diamentów na gorącym szkle. Kiedy szkło stygnie, kurczy się wolniej niż diament, powodując niewielką ekspansję struktury atomowej diamentu – podobnie jak chodnik rozszerza się lub kurczy, gdy grunt pod nim ochładza się lub nagrzewa.

„Potencjał technologii informacji kwantowej jest duży” – powiedział Tom Koch, dyrektor programowy w Dyrekcji Inżynieryjnej NSF. „Ten projekt stanowi część ciągłych wysiłków NSF mających na celu zapewnienie podstawowych badań w dziedzinie nauk o wytwarzaniu, niezbędnych do urzeczywistnienia tych podejść technologiczną”.