Una scorciatoia matematica per determinare la durata delle informazioni quantistiche

libero) rispetto al tempo di evoluzione libera tlibero calcolato da CCE-2 per diamante isotopico naturalmente abbondante, 4H-SiC, silicio e molti altri ossidi ottenuti mediante simulazione sotto campo magnetico esterno B = 5 T. (C) L(tlibero) di SiO2 (α-quarzo) con B = 300 mT. Oltre all’L(tlibero) con interazioni dipolo-dipolo con tutti i bagni (nero), vengono mostrati quello con bagno di spin omonucleare (arancione) e spin eteronucleare (blu). Le barre di errore indicano il campione SD del segnale di eco Hahn per diversi casi di coordinate di spin nucleare. Credito: Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (2022). DOI: 10.1073/pnas.2121808119″ width=”800″ height=”434″/>

Simulazione di coerenza di spin quantistico. (A) Schema di CCE-2 di uno spin elettronico difettoso in un composto eteronucleare. Le frecce indicano gli spin nucleari (rosso e verde) ed elettroni (celeste) con numeri quantici finiti. (B) Segnale eco Hahn L

Una nuova ed elegante equazione consente agli scienziati di calcolare facilmente la durata delle informazioni quantistiche di 12.000 materiali diversi.

Gli scienziati hanno scoperto una scorciatoia matematica per calcolare una caratteristica importantissima dei dispositivi quantistici.

Dopo aver sgranocchiato i numeri sulle proprietà quantistiche di 12.000 elementi e composti, i ricercatori hanno pubblicato una nuova equazione per approssimare il periodo di tempo in cui i materiali possono mantenere le informazioni, chiamata “tempo di coerenza”.

“Le persone hanno dovuto fare affidamento su codici e calcoli complicati per prevedere i tempi di coerenza dei qubit di spin. Ma ora le persone possono calcolare la previsione da soli istantaneamente. Ciò offre ai ricercatori l’opportunità di trovare da soli la prossima generazione di materiali per qubit”, ha affermato il collaboratore dello studio. autore Shun Kanai dell’Università di Tohoku.

L’elegante formula consente agli scienziati di stimare i tempi di coerenza dei materiali in un istante, rispetto alle ore o alle settimane necessarie per calcolare un valore esatto.

Il team, composto da scienziati dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE), dell’Università di Chicago, dell’Università di Tohoku in Giappone e dell’Università di Ajou in Corea, ha pubblicato i risultati ad aprile nel Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.

L’equazione del team si applica a una particolare classe di materiali, quelli che possono essere utilizzati in dispositivi chiamati spin qubit.

“Le persone hanno dovuto fare affidamento su codici e calcoli complicati per prevedere i tempi di coerenza dei qubit di spin. Ma ora le persone possono calcolare la previsione da sole istantaneamente”, ha affermato Kanai. “Questo apre opportunità per i ricercatori di trovare da soli la prossima generazione di materiali per qubit”.

I qubit sono l’unità fondamentale dell’informazione quantistica, la versione quantistica dei classici bit dei computer. Sono disponibili in diverse forme e varietà, incluso un tipo chiamato spin qubit. Uno spin qubit memorizza i dati nello spin di un materiale, una proprietà quantistica inerente a tutta la materia atomica e subatomica, come elettroni, atomi e gruppi di atomi.

Gli scienziati si aspettano che le tecnologie quantistiche saranno in grado di aiutare a migliorare la nostra vita quotidiana. Potremmo essere in grado di inviare informazioni su reti di comunicazione quantistiche che sono impenetrabili per gli hacker, oppure potremmo usare simulazioni quantistiche per accelerare la consegna dei farmaci.

La realizzazione di questo potenziale dipenderà dall’avere qubit sufficientemente stabili, con tempi di coerenza sufficientemente lunghi, per archiviare, elaborare e inviare le informazioni.

Sebbene l’equazione del team di ricerca fornisca solo una previsione approssimativa del tempo di coerenza di un materiale, si avvicina abbastanza al valore reale. E ciò che l’equazione manca di precisione, lo compensa con la comodità. Sono necessari solo cinque numeri, i valori di cinque particolari proprietà del materiale in questione, per ottenere una soluzione. Collegali e voilà! Hai il tuo tempo di coerenza.

Il diamante e il carburo di silicio sono attualmente i materiali più consolidati per ospitare qubit di spin. Ora gli scienziati possono esplorare altri candidati senza dover passare giorni a calcolare se un materiale vale un’immersione più profonda.

“L’equazione è come una lente. Ti dice: ‘Guarda qui, guarda questo materiale, sembra promettente'”, ha affermato la professoressa dell’Università di Chicago e scienziata senior di Argonne Giulia Galli, coautrice dello studio e Q-NEXT collaboratore “Cerchiamo nuove piattaforme qubit, nuovi materiali. Identificare relazioni matematiche come questa indica nuovi materiali da provare, da combinare”.

Con questa equazione in mano, i ricercatori intendono aumentare l’accuratezza del loro modello.

Si collegheranno anche con i ricercatori che possono creare i materiali nei tempi di coerenza più promettenti, testando se si comportano come previsto dall’equazione. (Il team ha già segnato un successo: uno scienziato esterno al team ha riferito che il tempo di coerenza relativamente lungo di un materiale chiamato tungstato di calcio ha funzionato come previsto dalla formula del team.)

“I nostri risultati ci aiutano a far progredire l’attuale tecnologia dell’informazione quantistica, ma non è tutto”, ha affermato il professor Hideo Ohno dell’Università di Tohoku, che è attualmente presidente dell’università e coautore dell’articolo. “Sbloccherà nuove possibilità collegando la tecnologia quantistica con una varietà di sistemi convenzionali, consentendoci di fare progressi ancora maggiori con i materiali con cui abbiamo già familiarità. Stiamo spingendo più di una frontiera scientifica”.


Uno stato entangled a tre qubit è stato realizzato in una matrice completamente controllabile di qubit di spin in silicio


Maggiori informazioni:
Shun Kanai et al, Ridimensionamento generalizzato della coerenza dei qubit di spin in oltre 12.000 materiali host, Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (2022). DOI: 10.1073/pnas.2121808119

Fornito da Argonne National Laboratory

Citazione: Una scorciatoia matematica per determinare la durata delle informazioni quantistiche (2022, 6 aprile) recuperata il 7 aprile 2022 da https://phys.org/news/2022-04-mathematical-shortcut-quantum-lifetimes.html

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