Fisikawan memanfaatkan 13.000 putaran terjerat untuk membuka kekuatan “keadaan gelap”
Para ilmuwan telah memanfaatkan fisika banyak tubuh untuk mengubah titik kuantum menjadi node kuantum yang dapat diskalakan dan stabil.
Dengan melibatkan putaran nuklir ke dalam 'keadaan gelap,' mereka menciptakan register kuantum yang mampu menyimpan dan mengambil informasi kuantum dengan kesetiaan tinggi. Lompatan ke depan ini membawa jaringan kuantum lebih dekat dengan kenyataan, membuka kunci kemungkinan baru untuk komunikasi dan komputasi.
Terobosan baru di jaringan kuantum
Diterbitkan di Fisika Alampenelitian ini memperkenalkan jenis baru qubit yang terhubung secara optik – langkah penting menuju pengembangan jaringan kuantum yang membutuhkan node kuantum yang stabil, dapat diukur, dan dapat disesuaikan.
Titik kuantum nano Struktur dengan sifat optik dan elektronik unik yang berasal dari mekanika kuantum. Sudah digunakan dalam teknologi seperti layar tampilan dan pencitraan medis, mereka telah mendapatkan perhatian dalam komunikasi kuantum karena kemampuan mereka untuk memancarkan foton tunggal.
“Terobosan ini adalah bukti kekuatan yang dapat dimiliki oleh fisika tubuh dalam mengubah perangkat kuantum.”
Mete Atatüre
Namun, membangun jaringan kuantum yang efektif membutuhkan lebih dari sekedar foton emisi. Mereka juga membutuhkan qubit stabil yang dapat berinteraksi dengan foton dan secara lokal menyimpan informasi kuantum. Studi ini memanfaatkan putaran atom dalam titik-titik kuantum, menggunakannya sebagai register kuantum banyak tubuh yang mampu menyimpan informasi untuk waktu yang lama.
Memanfaatkan fisika banyak tubuh untuk penyimpanan kuantum
Sistem banyak tubuh mengacu pada kumpulan partikel yang berinteraksi-di sini, putaran nuklir di dalam titik kuantum-yang perilaku kolektif memunculkan sifat-sifat baru yang muncul yang tidak ada dalam komponen individu. Dengan menggunakan keadaan kolektif ini, para peneliti menciptakan register kuantum yang kuat dan dapat diskalakan.
Tim Cambridge, dalam kolaborasi erat dengan rekan -rekan di University of Linz, berhasil menyiapkan 13.000 putaran nuklir menjadi negara bagian kolektif, terjerat dari putaran yang dikenal sebagai 'Negara Gelap.' Keadaan gelap ini mengurangi interaksi dengan lingkungannya, yang mengarah pada koherensi dan stabilitas yang lebih baik, dan berfungsi sebagai keadaan logis 'nol' dari register kuantum.
Mereka memperkenalkan keadaan 'satu' pelengkap sebagai eksitasi magnon nuklir tunggal-sebuah fenomena yang mewakili eksitasi seperti gelombang yang koheren yang melibatkan putaran tunggal nuklir yang merambat melalui ansambel nuklir. Bersama -sama, negara -negara ini memungkinkan informasi kuantum ditulis, disimpan, diambil, dan dibacakan dengan kesetiaan tinggi.
Para peneliti menunjukkan hal ini dengan siklus operasional yang lengkap, mencapai kesetiaan penyimpanan hampir 69% dan waktu koherensi melebihi 130 mikrodetik. Ini adalah langkah utama ke depan untuk titik -titik kuantum sebagai node kuantum yang dapat diskalakan.
Membuka kunci potensi titik kuantum
“Terobosan ini merupakan bukti kekuatan yang dapat dimiliki banyak fisika tubuh dalam mengubah perangkat kuantum,” kata Mete Atatüre, penulis co-lead penelitian dan Profesor Fisika di Laboratorium Cavendish. “Dengan mengatasi keterbatasan lama, kami telah menunjukkan bagaimana titik-titik kuantum dapat berfungsi sebagai node multi-ubit, membuka jalan bagi jaringan kuantum dengan aplikasi dalam komunikasi dan komputasi terdistribusi. Pada tahun internasional 2025 kuantum, karya ini juga menyoroti langkah inovatif yang dibuat di laboratorium Cavendish menuju mewujudkan janji teknologi kuantum. “
Karya ini merupakan perkawinan unik dari fisika semikonduktor, optik kuantum, dan teori informasi kuantum. Para peneliti menggunakan teknik kontrol canggih untuk mempolarisasi putaran nuklir dalam titik kuantum gallium arsenide (GAAS), menciptakan lingkungan noise rendah untuk operasi kuantum yang kuat.
Mengatasi tantangan lama
“Dengan menerapkan teknik umpan balik kuantum dan memanfaatkan keseragaman yang luar biasa dari titik-titik kuantum GaAs, kami telah mengatasi tantangan lama yang disebabkan oleh interaksi magnetik nuklir yang tidak terkendali,” jelas Dorian Gangloff, co-lead dari proyek dan asosiasi profesor teknologi kuantum. “Terobosan ini tidak hanya menetapkan titik-titik kuantum sebagai node kuantum operasional tetapi juga membuka platform yang kuat untuk mengeksplorasi fisika banyak tubuh baru dan fenomena kuantum yang muncul.”
Masa depan memori dan jaringan kuantum
Ke depan, tim Cambridge bertujuan untuk memperpanjang waktu register kuantum mereka dapat menyimpan informasi hingga puluhan milidetik dengan meningkatkan teknik kontrol mereka. Perbaikan ini akan membuat titik -titik kuantum cocok sebagai memori kuantum menengah dalam pengulang kuantum – komponen kritis untuk menghubungkan komputer kuantum yang jauh.
Tujuan ambisius ini adalah fokus hibah Quantera baru mereka, Meedgard, kolaborasi dengan Linz dan mitra Eropa lainnya, untuk memajukan teknologi memori kuantum dengan titik -titik kuantum. Penelitian mereka saat ini didukung oleh EPSRC, Uni Eropa, Kantor Penelitian Angkatan Laut AS, dan Royal Society.
Referensi: “Daftar kuantum banyak tubuh untuk spin qubit” oleh Martin Hayhurst Appel, Alexander Ghorbal, Noah Shofer, Leon Zaporski, Santanu Manna, Saimon Filipe Covre Da Silva, Urs Haeusler, Claire LE Gall, Armando Rastelli, Dorian A. Ganglof, Dorian A. Fisika Alam.
Doi: 10.1038/s41567-024-02746-z
