Edistysaskeleita kvanttitietotekniikalle

Tsukuban yliopiston tutkijatiimi tutki prosessia, jossa ultralyhyillä laserpulsseilla luotiin koherentteja hila-aaltoja piikiteissä. Käyttämällä teoreettisia laskelmia yhdistettynä Pittsburghin yliopistossa saatuihin kokeellisiin tuloksiin, he pystyivät osoittamaan, että piinäytteissä voidaan ylläpitää johdonmukaisia värähtelysignaaleja.

Tutkimus voi heidän mukaan johtaa olemassa olevaan piitekniikkaan perustuviin kvanttitietokoneisiin.

Työssään tutkijat käyttivät hyvin lyhyitä laserimpulsseja elektronien virittämiseen piikiteiden sisällä. Energiset elektronit loivat piirakenteeseen koherentteja värähtelyjä siten, että elektronien ja piiatomien liikkeet lomittuivat. Järjestelmän tila saatiin selville vaihtuvan viiveajan jälkeen toisella laserpulssilla.

”Olemassa olevan piitekniikan käyttö kvanttitietokoneelle helpottaa siirtymistä kvanttitietokoneisiin”, kertoo raportin ensimmäinen kirjoittaja Dr. Yohei Watanabe.

”Tämä kokeilu paljastaa koherenttien värähtelyjen taustalla olevat kvanttimekaaniset vaikutukset”, kertoo kokeita tehnyt vanhempi kirjoittaja Prof. Muneaki Hase. ”Tällä tavoin hanke on ensimmäinen askel kohti kohtuuhintaisia kuluttajien kvanttitietokoneita.”

Toinen edistysaskel kvanttitietokoneiden suhteen on Princetonin yliopiston tutkijoiden havainto vankoista Majoranan kvasipartikkelista ja lisäksi he osoittavat miten ne voidaan kytkeä päälle ja pois.

Majorana-hiukkasten ominaisuus olla omia antipartikkeleitaan on kiehtonut teknologeja, jotka näkevät sen keinona tehdä kvanttibittejä jotka ovat nykyisiä lähestymistapoja vahvempia.

Viime vuosina useat ryhmät ovat kertoneet löytäneensä Majoranan eri materiaaleista, mutta haasteena on manipuloida sitä kvanttilaskennassa käytettäväksi.

Princetonin tutkimusasetelmassa yhdistettiin suprajohde ja topologinen eriste. Rakenne tekee Majoranan erityisen kestäviksi lämmön tai ulkoisen ympäristön värähtelyn aiheuttamille häiriöille. Lisäksi ryhmä osoitti keinon kytkeä Majoranan päälle tai pois päältä käyttämällä pieniä rakenteeseen integroituja magneetteja.

Yksi niistä paikoista, joissa Majoranat voivat olla, on suprajohtavan kerroksen yhden atomin paksuisen magneettiatomien ketjun päissä. Tässä uusimmassa työssä tutkittiin toista ennustettua paikka eli kanavaa, jonka muodostaa topologisen eristeen reuna, kun se asetetaan kosketukseen suprajohteen kanssa.

Ohessa STM-mikroskopiakuva Majorana kvasipartikkeleista (vihreät piikit) topologisten reunakanavien päissä (keltaiset alueet) suprajohtavalle pinnalle kasvatetun vismutti ohutkalvon atomisissa askeleissa.

Aiheista aiemmin:

Integroidun kvanttipiirin toiminta mahdollista