CHICAGO / LONDON (IT BOLTWISE) – Eine neue Plattform für Quantenbits, entwickelt am Argonne National Laboratory, zeigt bemerkenswert niedrige Geräuschpegel. Diese Innovation könnte die Leistungsfähigkeit von Quantencomputern erheblich steigern und neue Maßstäbe in der Informationsverarbeitung setzen.
Quantenbits, oder Qubits, sind die fundamentalen Bausteine der Quanteninformationsverarbeitung. Eine neuartige Qubit-Plattform, die am Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums entwickelt wurde, zeigt Geräuschpegel, die tausendfach niedriger sind als bei den meisten herkömmlichen Qubits. Diese Plattform wurde durch das Einfangen einzelner Elektronen auf der Oberfläche von gefrorenem Neongas geschaffen. Die jüngste Entdeckung positioniert Argonnes Plattform als starken Anwärter im Bereich der Hochleistungs-Quantentechnologien.
Die neue Studie, die gemeinsam von Argonne und der University of Notre Dame geleitet wurde, wurde in Nature Electronics veröffentlicht. Zu den kooperierenden Institutionen gehörten die University of Chicago, Harvard University, Northeastern University und Florida State University. “In früheren Arbeiten haben wir die herausragende Leistung unseres Elektron-auf-Neon-Qubits demonstriert”, sagte Xu Han, ein Wissenschaftler von Argonne und Mitautor der Studie. “Durch die gründliche Charakterisierung der Geräuscheigenschaften des Qubits zeigt diese neueste Studie, warum seine Leistung so gut ist. Unsere Ergebnisse beweisen, dass unsere Technologie vielversprechend für die Quanteninformationsverarbeitung in größerem Maßstab ist.”
Quantencomputer sind eine aufstrebende Technologie, die mit besonderen Herausforderungen durch Geräusche konfrontiert ist. Qubits sind extrem empfindlich gegenüber Geräuschen, wie elektromagnetischen Feldern, Wärme und Teilchenschwingungen. Dies führt dazu, dass Qubits nur kurze Kohärenzzeiten haben, was bedeutet, dass sie Informationen nur für einen Bruchteil einer Sekunde speichern können. Dies macht Quantencomputer sehr fehleranfällig. Die Elektron-auf-Neon-Qubits haben das Potenzial, diese Einschränkungen zu überwinden.
Im Jahr 2022 erfanden Argonne-Wissenschaftler am Center for Nanoscale Materials (CNM) eine grundlegend neue Art von Qubit, indem sie Neongas in einen festen Zustand gefroren und Elektronen aus einem Glühfaden auf den Feststoff gesprüht haben. Ein spezielles Elektrodenfeld fängt ein einzelnes Elektron knapp über der Neonoberfläche ein. Das Elektron dient als Qubit, wobei die Bewegung des Elektrons im Raum die 0- und 1-Zustände des Qubits darstellt. Ein wichtiger Bestandteil der Plattform ist ein Resonator, der Mikrowellenimpulse aussendet, um den Zustand des Qubits zu steuern und zu messen.
Eine Folgestudie, die 2023 von Argonne geleitet wurde, ergab, dass das Elektron-auf-Neon-Qubit eine Kohärenzzeit von 0,1 Millisekunden erreichen kann. Dies ist fast tausendmal besser als der bisherige Rekord für konventionelle halbleitende Qubits und konkurriert mit den leistungsstärksten supraleitenden Qubits. Die Studie zeigte auch die hohe Gate-Fidelity des Qubits, ein Maß dafür, wie genau das Qubit die Quanteninformationsverarbeitung steuern kann.
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