Sementara komputer konvensional menyimpan informasi dalam bentuk bit, bagian -bagian mendasar dari logika yang mengambil nilai 0 atau 1, komputer kuantum didasarkan pada qubit. Ini dapat memiliki keadaan yang secara bersamaan baik 0 1. Properti aneh ini, kekhasan fisika kuantum yang dikenal sebagai superposisi, terletak di jantung janji komputasi kuantum untuk akhirnya memecahkan masalah yang tidak dapat dipecahkan untuk komputer klasik.
Banyak komputer kuantum yang ada didasarkan pada sistem elektronik superkonduktor di mana elektron mengalir tanpa resistensi pada suhu yang sangat rendah. Dalam sistem ini, sifat mekanik kuantum elektron yang mengalir melalui resonator yang dirancang dengan cermat menciptakan qubit superkonduktor. Qubit ini sangat baik dalam melakukan operasi logis dengan cepat yang diperlukan untuk komputasi. Namun, menyimpan informasi dalam hal ini menyatakan kuantum ini, deskriptor matematika sistem kuantum tertentu-bukan setelan kuat mereka. Insinyur kuantum telah mencari cara untuk meningkatkan waktu penyimpanan status kuantum dengan membangun apa yang disebut “ingatan kuantum” untuk qubit superkonduktor.
Sekarang tim ilmuwan CalTech telah menggunakan pendekatan hibrida untuk ingatan kuantum, secara efektif menerjemahkan informasi listrik ke dalam suara sehingga kuantum menyatakan dari qubit superkonduktor dapat bertahan dalam penyimpanan untuk periode hingga 30 kali lebih lama daripada di teknik lain.
Pekerjaan baru, yang dipimpin oleh mahasiswa pascasarjana Caltech Alkim Bozkurt dan Omid Golami, diawasi oleh Mohammad Mirhosseini, asisten profesor teknik listrik dan fisika terapan, muncul dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam jurnal tersebut Fisika Alam.
“Setelah Anda memiliki keadaan kuantum, Anda mungkin tidak ingin melakukan apa pun dengan segera,” kata Mirhosseini. “Anda harus memiliki cara untuk kembali ke sana ketika Anda ingin melakukan operasi logis. Untuk itu, Anda memerlukan memori kuantum.”
Sebelumnya, kelompok Mirhosseini menunjukkan bahwa suara, khususnya fonon, yang merupakan partikel getaran individu (dengan cara foton adalah partikel cahaya individu) dapat memberikan metode yang nyaman untuk menyimpan informasi kuantum. Perangkat yang mereka uji dalam percobaan klasik tampaknya ideal untuk dipasangkan dengan qubit superkonduktor karena mereka bekerja pada frekuensi Gigahertz yang sangat tinggi yang sama (manusia mendengar pada frekuensi Hertz dan Kilohertz yang setidaknya satu juta kali lebih lambat). Mereka juga berkinerja baik pada suhu rendah yang diperlukan untuk melestarikan keadaan kuantum dengan qubit superkonduktor dan memiliki masa hidup yang panjang.
Sekarang Mirhosseini dan rekan -rekannya telah membuat qubit superkonduktor pada chip dan menghubungkannya ke perangkat kecil yang oleh para ilmuwan menyebut osilator mekanik. Pada dasarnya garpu tuning miniatur, osilator terdiri dari pelat fleksibel yang bergetar oleh gelombang suara pada frekuensi gigahertz. Ketika muatan listrik ditempatkan pada pelat tersebut, pelat dapat berinteraksi dengan sinyal listrik yang membawa informasi kuantum. Ini memungkinkan informasi untuk disalurkan ke perangkat untuk penyimpanan sebagai “memori” dan disalurkan, atau “diingat,” nanti.
Para peneliti dengan hati -hati mengukur berapa lama waktu yang dibutuhkan osilator untuk kehilangan konten kuantum yang berharga setelah informasi memasukkan perangkat. “Ternyata osilator ini memiliki seumur hidup sekitar 30 kali lebih lama dari qubit superkonduktor terbaik di luar sana,” kata Mirhosseini.
Metode membangun memori kuantum ini menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan strategi sebelumnya. Gelombang akustik melakukan perjalanan jauh lebih lambat daripada gelombang elektromagnetik, memungkinkan perangkat yang jauh lebih kompak. Selain itu, getaran mekanis, tidak seperti gelombang elektromagnetik, tidak merambat di ruang bebas, yang berarti energi tidak bocor keluar dari sistem. Ini memungkinkan waktu penyimpanan yang diperpanjang dan mengurangi pertukaran energi yang tidak diinginkan antara perangkat terdekat. Keuntungan ini menunjukkan kemungkinan bahwa banyak garpu tuning seperti itu dapat dimasukkan dalam satu chip, memberikan cara yang berpotensi diskalakan untuk membuat kenangan kuantum.
Mirhosseini mengatakan karya ini telah menunjukkan jumlah interaksi minimum antara gelombang elektromagnetik dan akustik yang diperlukan untuk menyelidiki nilai sistem hibrida ini untuk digunakan sebagai elemen memori. “Agar platform ini benar -benar berguna untuk komputasi kuantum, Anda harus dapat memasukkan data kuantum dalam sistem dan mengeluarkannya lebih cepat. Dan itu berarti bahwa kita harus menemukan cara meningkatkan laju interaksi dengan faktor tiga hingga 10 di luar apa yang mampu dilakukan oleh sistem kita saat ini,” kata Mirhosseini. Untungnya, kelompoknya memiliki ide tentang bagaimana hal itu dapat dilakukan.
Penulis tambahan dari makalah ini, “memori kuantum mekanis untuk foton gelombang mikro” adalah Yue Yu, seorang mantan mahasiswa sarjana yang berkunjung di laboratorium Mirhosseini; dan Hao Tian, Institute for Quantum Information and Matter Postdoctoral Scholar Research Associate in Electrical Engineering di Caltech. Bozkurt didukung oleh Fellowship Pascasarjana Eddleman.
Tautan terkait
Perangkat baru membuka pintu untuk menyimpan informasi kuantum sebagai gelombang suara transduser noise rendah untuk menjembatani kesenjangan antara microwave dan qubit optik
