Rekordní výkon znamená, že informace vydrží v novém druhu kvantových procesorů 15krát déle než ty, které používají Google a IBM
Vědci vyvinuli novou výrobní metodu pro vytváření supravodivých kvantových bitů (qubitů), které by mohly zůstat koherentní třikrát déle než současné nejmodernější systémy v laboratořích – což jim umožňuje provádět výkonnější kvantové výpočetní operace.
Nová technika, popsaná ve studii publikované 5. listopadu v časopise Přírodaspoléhá na použití prvku vzácných zemin zvaného tantal. Patří do skupiny „přechodných kovů“ periodické tabulky a „pěstuje se“ na minerálech, jako je tantalit a křemík, vytvářením kovového filmu atom po atomu.
„Skutečným problémem, věcí, která nám dnes brání mít užitečné kvantové počítače, je to, že postavíte qubit a informace prostě nevydrží moc dlouho,“ řekl Andrew HouckPrincetonský děkan inženýrství a spoluřešitel studie ve studii. „Toto je další velký skok vpřed.“
Dekoherence a nedokonalost
Koherence v kvantovém počítání je opatření jak dlouho si qubit dokáže udržet svůj vlnový stav. Když se qubity dekoherují, ztratí informace. Díky tomu je zachování koherence jednou z největších výzev v kvantovém počítání.
Vědci mají strávil několik let snaží využít tantal jako materiál pro vývoj qubitů. Když se supravodivý materiál, jako je tantal, ochladí na blízko absolutní nulyobvody zabudované v materiálu mohou fungovat téměř bez odporu. To umožňuje rychlejší kvantové operace, ale rychlost a počet operací jsou zásadně omezeny tím, jak dlouho si qubity dokážou udržet své informační stavy.
Výhodou tantalu je, že se snáze čistí od kontaminantů, které mohou vést k nedokonalostem ve výrobním procesu, kde jakákoliv nepravidelnost může způsobit rychlejší dekoherenci postižených qubitů. Inertní odolnost tantalu jej chrání před určitými změnami stavu souvisejícími s korozí a přesunem molekul; to ani neabsorbuje kyselinu při ponoření. To z něj dělá perfektního kandidáta pro použití jako supravodivý materiál pro kvantové výpočty, uvedli vědci ve studii.
Ale udržet qubit materiál bez defektů je jen polovina úspěchu. Výroba kvantového procesoru vyžaduje jak materiál základní vrstvy, tak substrát. V předchozí experimentyvědci dosáhli nejmodernějších výsledků kvantových výpočtů pomocí procesorů postavených s tantalovou základní vrstvou a safírovým substrátem. Tyto experimenty byly úspěšné, ale míry koherence byly stále pod jednou milisekundou.
Tým z Princetonu nahradil safírový substrát použitý v těchto experimentech vysoce odolným křemíkem vyvinutým pomocí patentovaných technik. Podle studie dosáhli míry koherence až 1,68 milisekundy na systémech o velikosti 48 qubitů, což je historicky nejlepší pro supravodivé qubity.
Nový qubit design je podobný těm, které se používají v supravodivých kvantových procesorech vyvinutých předními společnostmi jako Google a IBM. Houck dokonce dodal, že „záměna součástí z Princetonu za nejlepší kvantový procesor Google, nazvaný Willow, by mu umožnila pracovat 1000krát lépe“.
Co to znamená pro průmysl kvantových počítačů, zůstává nejasné. Zatímco vědci výrazně pokročili v míře koherence qubitů, problémy přetrvávají. Hlavní z nich je dostupnost tantalu. Od roku 2025 se uvažuje o tantalu vzácný kov přičemž většina těžby se odehrává v Africe.
I když nové qubity výrazně zvyšují koherenci, stále je třeba je testovat ve větších velikostech pomocí čipových sad wafer-scale, než je lze integrovat do dnešních komerčně používaných kvantových počítačů.
