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Quantum coerência avanço: 10.000 vezes mais

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15 de agosto de 2020

Quantum coerência avanço: 10.000 vezes mais

Universal coerência de proteção tem sido alcançado em estado sólido de rotação qubit – uma modificação que permite que o quantum sistemas para ficar operacional (“coerente”), para 10.000 vezes maior do que antes.

Nas próximas décadas, a quantum tecnologia tem o potencial para revolucionar o nosso mundo – muito expandindo a capacidade de pesquisa e desenvolvimento em comunicação, computação, criptografia, detecção, simulações e outras áreas. Enquanto a mecânica clássica são baseados no princípio de que um estado é determinada simples, com valores binários (zero ou um), quantum tecnologias de aproveitar o quantum fenômenos com vários valores simultaneamente. Este efeito é conhecido como superposição quântica. O resultado é um exponencialmente grande melhoria na velocidade de cálculo, permitindo que um sistema quântico para realizar tarefas em poucos segundos, que pode levar a clássica máquina de milhares ou mesmo milhões de anos para ser concluído.

Embora grandes avanços tenham sido alcançados nos últimos anos, um importante fator limitante é que os estados quânticos exigem extremamente silencioso, estável espaços para operar. Eles são facilmente perturbado por ruído de fundo de vibrações, mudanças de temperatura, ou desviar-se campos eletromagnéticos. Levá-los a permanecer estável por mais do que alguns milionésimos de segundo, é um grande desafio.

Esta semana, uma equipe de cientistas da Universidade de Chicago, o Pritzker, Escola de Engenharia Molecular anunciou a descoberta de uma simples modificação que permite que o quantum sistemas para manter operacionais – ou “coerente” – 10.000 vezes mais tempo do que antes.

A alteração permite que o quantum coerência para até 22 milissegundos, um de quatro ordens de magnitude melhora, e muito mais do que qualquer relatado anteriormente elétron de spin do sistema. Para efeito de comparação, o piscar de um olho tem 100 milissegundos. O sistema pode-se quase completamente ajustar algumas formas de flutuações de temperatura, física das vibrações e ruídos eletromagnéticos, os quais, geralmente, destruir o quantum de coerência.

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Pesquisador de pós-doutorado Kevin Miao obras sobre o quantum de pesquisa da Universidade de Chicago, o Pritzker, Escola de Engenharia Molecular. Crédito: David Awschalom.

Uma abordagem comum por pesquisadores que tentam manter a coerência quântica para contanto que possível fisicamente, isolar um sistema a partir do seu ruidosos, mas isso pode ser complicado e complexo. Outra técnica envolve a realização de todos os materiais tão pura quanto possível, o que pode ser caro. Para esta última novo estudo, da Universidade de Chicago, os cientistas tentaram algo diferente.

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“Com esta abordagem, nós não tente eliminar o ruído na envolvente; em vez disso, vamos “enganar” o sistema em pensar que não experimenta o barulho”, disse o pesquisador de pós-doutorado Kevin Miao.

A equipe combinado pulsos eletromagnéticos com um continuamente aplicada, campo magnético alternado. Precisamente ajuste este campo, poderiam rapidamente gire o elétron gira e permitir que o sistema “sintonizar” o resto do barulho.

“Para se ter uma noção do princípio, é como sentar em um merry-go-round, com pessoas gritando todos ao seu redor”, explicou Miao. “Quando o passeio é ainda, você pode ouvi-los perfeitamente, mas se você está rapidamente a girar, o barulho borra em um plano de fundo”.

“Esta abordagem cria um caminho para a escalabilidade”, disse David Awschalom, Professor de Engenharia Molecular no Argonne National Laboratory, diretor de Chicago Quantum de Câmbio, e principal autor do estudo publicado esta semana na Ciência. “Deve-se fazer o armazenamento de informação quântica no spin do electrão prático. Armazenamento prolongado vezes vai permitir operações mais complexas em computadores quânticos e permitir que a informação quântica transmitida a partir de spin-com dispositivos para viajar longas distâncias em redes.”

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Embora os testes foram executados em um estado sólido sistema quântico usando o carboneto de silício, os cientistas acreditam que a técnica deve ter efeitos semelhantes em outros tipos de quantum de sistemas, tais como supercondutores quantum bits e molecular quântica de sistemas. Este nível de versatilidade é incomum para um tal de engenharia de antecedência.

“Há um monte de candidatos a quantum tecnologia que foram empurrados de lado, porque eles não conseguiam manter a coerência quântica por longos períodos de tempo”, disse Miao. “Aqueles que poderiam ser re-avaliada agora que temos desta forma uma enorme melhorar a coerência.”

“Esta descoberta estabelece as bases para emocionantes novos caminhos para a investigação em ciência quântica”, disse Awschalom. “A ampla aplicabilidade da descoberta, juntamente com um modo de implementação simples, permite que este robusto coerência impacto muitos aspectos do quantum engenharia. Ele permite que novas oportunidades de investigação que se pensava anteriormente impraticável.”

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