Οι κβαντικές τεχνολογίες βασίζονται σε qubits, μονάδες πληροφορίας που μπορούν να βρίσκονται σε συνδυασμούς των καταστάσεων 0 και 1. Μια υποσχόμενη πλατφόρμα για τη μελέτη πεπλεγμένων qubits είναι τα κέντρα αζώτου-κενής θέσης (NV) σε διαμάντι, όπου ένα άτομο αζώτου βρίσκεται δίπλα σε μια λείπουσα θέση άνθρακα. Νέα μελέτη από το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, που δημοσιεύθηκε στο Nature Nanotechnology, παρουσιάζει μια μέθοδο παράλληλης διασύνδεσης πολλαπλών qubits σε θερμοκρασία δωματίου.
Δημιουργία πεπλεγμένης κατάστασης τεσσάρων qubits
Στα συστήματα διαμαντιού, η εμπλοκή επιτυγχάνεται συνήθως διαδοχικά, συνδέοντας το ηλεκτρόνιο του κέντρου με τον πυρήνα ενός ατόμου άνθρακα κάθε φορά. Η διαδικασία αυτή είναι αργή και προκαλεί παρεμβολές (crosstalk) σε γειτονικά qubits.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το ηλεκτρόνιο της βλάβης και τρεις γειτονικούς πυρήνες άνθρακα-13 ως τέσσερα qubits. Εφαρμόζοντας μια ακριβώς συγχρονισμένη ακολουθία ελέγχων, ώθησαν το ηλεκτρόνιο να αλληλεπιδράσει παράλληλα και με τους τρεις πυρηνικούς στόχους, δημιουργώντας μια πεπλεγμένη κατάσταση Greenberger-Horne-Zeilinger σε μία μόνο πύλη.
Υψηλότερη ταχύτητα και πιστότητα
Η παράλληλη πύλη τεσσάρων qubits ολοκληρώθηκε σε μόλις 14,8 μικροδευτερόλεπτα, επιτυγχάνοντας ταχύτητα 10 φορές μεγαλύτερη σε σύγκριση με τις διαδοχικές λειτουργίες. Παράλληλα, η πιστότητα (fidelity) της παράλληλης πύλης ανήλθε στο 0,92, έναντι 0,69 της διαδοχικής μέσου όρου.
«Η προσέγγιση είναι γενικεύσιμη και σε άλλες πλατφόρμες στερεάς κατάστασης, θέτοντας τις βάσεις για κλιμακώσιμη παραγωγή και έλεγχο της εμπλοκής σε πρακτικές συσκευές», ανέφεραν οι συγγραφείς.
Η μέθοδος αυτή ανοίγει τον δρόμο για ακριβέστερες κβαντικές πύλες σε συστήματα διαμαντιού, συμβάλλοντας στην εξέλιξη της κβαντικής αίσθησης και των υπολογιστικών αλγορίθμων.