Een vreemde en prachtige reeks technologieën strijden om de standaarddrager voor kwantumcomputing. De nieuwste mededinger wil kwantuminformatie coderen in geluidsgolven.

Een ding dat alle kwantumcomputers gemeen hebben, is het feit dat ze informatie manipuleren die is gecodeerd in kwantumtoestanden. Maar daar houden de overeenkomsten op, want die kwantumtoestanden kunnen worden geïnduceerd in alles, van supergeleidende circuits tot gevangen ionen, ultragekoelde atomen, fotonen en zelfs siliciumchips.

Hoewel sommige van deze benaderingen meer investeringen hebben aangetrokken dan andere, zijn we nog ver verwijderd van de sector die genoegen neemt met een gemeenschappelijk platform. En in de wereld van academisch onderzoek wordt er nog volop geëxperimenteerd.

Nu heeft een team van de Universiteit van Chicago has cruciale eerste stappen gezet naar het bouwen van een kwantumcomputer die informatie kan coderen in fononen, de fundamentele kwantumeenheden waaruit geluidsgolven bestaan ​​in vrijwel dezelfde weg dat fotonen lichtstralen vormen.

De basisprincipes van hoe je een "fononische" kwantumcomputer zou kunnen maken, lijken redelijk op die van "fotonische" kwantumcomputers. Beide omvatten het genereren en detecteren van individuele deeltjes, of quasideeltjes, en het manipuleren ervan met behulp van bundelsplitsers en faseverschuivers. Fononen zijn quasideeltjes, want hoewel ze zich gedragen als deeltjes wat de kwantummechanica betreft, zijn ze eigenlijk samengesteld uit het collectieve gedrag van grote aantallen atomen.

De groep uit Chicago had al gedemonstreerd dat ze individuele fononen konden genereren met behulp van akoestische oppervlaktegolven, die langs het oppervlak van een materiaal reizen met frequenties die ongeveer een miljoen keer hoger zijn dan een mens kan horen, en ze kunnen gebruiken om kwantuminformatie over te dragen tussen twee supergeleidende qubits.

Maar in een nieuw papier erin Wetenschap, de onderzoekers demonstreren de eerste fonische bundelsplitser, die, zoals de naam al doet vermoeden, is ontworpen om akoestische golven te splitsen. Dit onderdeel is een cruciaal ingrediënt voor een fononische kwantumcomputer, omdat het het mogelijk maakt om te profiteren van kwantumfenomenen zoals superpositie, verstrengeling en interferentie.

Hun opstelling bestaat uit twee supergeleidende qubits die zijn vervaardigd op platte stukken saffier, met elkaar verbonden door een kanaal gemaakt van lithiumniobaat. Elke qubit is via een afstembare koppeling verbonden met een apparaat dat een transducer wordt genoemd en dat elektrische signalen omzet in mechanische signalen.

Dit wordt gebruikt om trillingen te genereren die de individuele fononen creëren in het kanaal dat de qubits verbindt, met een bundelsplitser gemaakt van 16 parallelle metalen vingers in het midden. De gehele opstelling is gekoeld tot net boven het absolute nulpunt.

Om de mogelijkheden van hun systeem te demonstreren, activeerden de onderzoekers eerst een van de qubits om het een enkel fonon te laten genereren. Dit reisde langs het kanaal naar de bundelsplitser, maar omdat kwantumdeeltjes zoals fononen fundamenteel ondeelbaar zijn, ging het in plaats van te splitsen in een kwantumsuperpositie.

Dit verwijst naar het vermogen of een kwantumsysteem om tegelijkertijd in meerdere toestanden te zijn, totdat ze worden gemeten en instorten tot een van de mogelijkheden. In dit geval werd het fonon zowel teruggekaatst naar de oorspronkelijke qubit als doorgestuurd naar de tweede qubit, die het fonon kon vangen en de kwantumsuperpositie kon opslaan.

In een tweede experiment slaagden de onderzoekers erin een kwantumfenomeen te repliceren dat fundamenteel is voor de manier waarop logische poorten worden gemaakt in fotonische kwantumcomputers, de zogenaamde Hong-Ou-Mandel-effect. In optische opstellingen houdt dit in dat twee identieke fotonen tegelijkertijd vanuit tegengestelde richtingen in een bundelsplitser worden gevoerd. Beide gaan dan een superpositie in, maar deze uitgangen interfereren met elk zodanig dat beide fotonen uiteindelijk samen naar slechts één van de detectoren reizen.

De onderzoekers toonden aan dat ze dit effect konden repliceren met behulp van fononen, en cruciaal, dat ze de qubits konden gebruiken om de kenmerken van de fononen te veranderen, zodat ze konden bepalen in welke richting de output reist. Dat is een cruciale eerste stap op weg naar het bouwen van een praktisch kwantum. computer, zegt Andrew Cleland, die de studie leidde.

"Het succes van het interferentie-experiment met twee fononen is het sluitstuk dat aantoont dat fononen gelijk zijn aan fotonen', zei Cleland in een persbericht. "De uitkomst bevestigt dat we de technologie hebben die we nodig hebben om een ​​lineaire mechanische kwantumcomputer te bouwen."

De onderzoekers geven toe dat de benadering waarschijnlijk niet rechtstreeks zal concurreren met optische benaderingen van kwantumcomputing, omdat de componenten veel groter en langzamer zijn. Hun vermogen om naadloos te communiceren met supergeleidende qubits zou ze echter veelbelovend kunnen maken voor hybride computerschema's die het beste van twee werelden combineren.

Het zal waarschijnlijk lang duren voordat de onderliggende componenten de verfijning en industriële gereedheid van andere kwantumbenaderingen bereiken. Maar het lijkt erop dat de race om kwantumvoordeel net is begonnentien iets drukker.

Krediet van het beeld: BroneArtUlm / Pixabay

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• EVM Financiën. Uniforme interface voor gedecentraliseerde financiën. Toegang hier.
• Quantum Media Groep. IR/PR versterkt. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2023/06/09/scientists-just-showed-how-quantum-computers-could-be-based-on-sound-waves/