Ny forskning: Chalmers presenterar nytt kvantsystem med ”gigantiska superatomer”
Forskare vid Chalmers tekniska högskola har tagit fram en teoretisk modell för ett helt nytt kvantsystem baserat på så kallade ”gigantiska superatomer”. Systemet kan bidra till att skydda, styra och sprida kvantinformation – ett avgörande steg mot skalbara och mer pålitliga kvantdatorer.
Kvantsystemet utgörs av ”gigantiska superatomer” – likt byggstenar för kvantteknologi. Dessa byggstenar kombinerar två tidigare separata konstruktioner: gigantiska atomer och superatomer. Systemet är bland annat utformat för att dämpa dekoherens, det vill säga kvantbitars känslighet för störningar (brus) från omgivningen, och möjliggöra förbättrad kontroll av sammanflätning, skriver Chalmers på sin hemsida.
– Kvantsystem är oerhört kraftfulla, men också extremt känsliga. Nyckeln till pålitlig lagring, manipulering och överföring av kvantinformation är att kunna kontrollera hur kvanteffekterna samverkar med omgivningen, säger Lei Du, postdoktoral forskare i tillämpad kvantfysik på Chalmers.
De gigantiska superatomerna har flera kopplingspunkter till ljus- eller ljudvågor, vilket skapar ett slags kvantmekaniskt ”eko” som hjälper systemet att behålla information. De kan växelverka med sin omgivning på flera olika platser samtidigt, vilket innebär att de skapar ett skydd för kvantinformationen.
Möjligheten att utnyttja en annan viktig kvanteffekt – sammanflätning – har hittills varit begränsad. Sammanflätning innebär att flera kvantbitar delar samma kvanttillstånd och fungerar som ett gemensamt system, något som är avgörande för att bygga stora och kraftfulla kvantdatorer. Nu kan det nya systemet göra det möjligt att överföra kvanttillstånd utan informationsförlust samt rikta kvantsignaler i bestämda riktningar - över stora avstånd.
Forskarna beskriver systemet dels som en tät koppling som möjliggör dekoherensfri överföring, dels som en fasmatchad lösning som möjliggör långdistansspridning av sammanflätning. Systemet öppnar upp för helt nya sätt att behandla kvantinformation och kan minska behovet av mer komplex hårdvara.
Genom att få bukt på dekoherens och sammanflätning menar forskarna att kvantteknologins väg in i samhället har blivit kortare. Kvantdatorernas enorma beräkningskraft kan därmed inom kort revolutionera flera grundläggande teknologier inom exempelvis läkemedelsindustrin och kryptering.
Studien har publicerats i Physical Review Letters och är finansierad av bland andra EU:s Horizon Europe och Wallenberg Centre for Quantum Technology (WACQT).