Če jo lahko izkoristimo, kvantna tehnologija obljublja nove fantastične možnosti. Najprej pa morajo znanstveniki zvabiti na kvantne sisteme, da ostanejo v tleh dlje kot nekaj milijonov sekunde.

Skupina znanstvenikov s fakultete za molekularni inženiring Pritzker v Chicagu je objavila odkritje preproste spremembe, ki omogoča kvantni sistemi ostati operativni – ali “skladni” – 10.000 krat dlje kot prej. Čeprav so znanstveniki preizkusili svojo tehniko na določenem razredu kvantnih sistemov, imenovanih trdne kvitove, menijo, da bi morala biti uporabna za številne druge vrste kvantnih sistemov in bi tako lahko spremenila kvantno komunikacijo, računanje in zaznavanje.

Študija je bila objavljena 13. avgusta leta 2008 Znanost.

“Ta preboj postavlja temelje za nove vznemirljive načine raziskovanja kvantne znanosti,” je dejal vodja študije David Awschalom, družinski profesor za molekularno inženirstvo Liew, višji znanstvenik v Nacionalnem laboratoriju Argonne in direktor Chicago kvantne izmenjave. “Široka uporabnost tega odkritja, skupaj z izjemno preprostim izvajanjem, omogoča, da ta trdna skladnost vpliva na številne vidike kvantnega inženiringa. Omogoča nove raziskovalne možnosti, za katere se je prej zdelo, da so nepraktične.”

Na ravni atomov svet deluje v skladu s pravili kvantne mehanike – zelo drugačno od tistega, kar vidimo okoli nas v vsakdanjem življenju. Ta različna pravila bi se lahko prevedla v tehnologijo, kot so praktično nesprejemljiva omrežja ali izredno močni računalniki; Ministrstvo za energijo ZDA je na dogodku v UChicagoju 23. julija objavilo načrt prihodnjega kvantnega interneta. Toda temeljni inženirski izzivi ostajajo: Kvantne države potrebujejo izredno miren in stabilen prostor za delovanje, saj jih zlahka motijo hrup v ozadju zaradi vibracij, temperaturnih sprememb ali potepuha elektromagnetna polja.

Tako znanstveniki poskušajo najti načine, kako čim dlje ohraniti skladnost sistema. En pogost pristop je fizična izolacija sistema od hrupne okolice, vendar je to lahko neprijetno in zapleteno. Druga tehnika vključuje, da so vsi materiali čim bolj čisti, kar je lahko drago. Znanstveniki na UChicagoju so se lotili drugače.

“S tem pristopom ne poskušamo odpraviti hrupa v okolici, temveč sistem” napeljemo “k razmišljanju, da ne čuti hrupa,” je dejal podoktorski raziskovalec Kevin Miao, prvi avtor prispevka.

Skupaj z običajnimi elektromagnetnimi impulzi, ki se uporabljajo za nadzor kvantnih sistemov, je ekipa uporabila dodatno neprekinjeno izmenično magnetno polje. Z natančno nastavitvijo tega polja so lahko znanstveniki hitro zasukali vrtove elektronov in omogočili sistemu, da “prilagodi” preostali del hrupa.

“Da bi dobili občutek tega načela, je tako, kot da sedite na veselicah z ljudmi, ki vpijejo okoli vas,” je pojasnil Miao. “Ko je vožnja mirna, jih odlično slišite, če pa se hitro vrtiš, se hrup zatakne v ozadje.”

Ta majhna sprememba je omogočila, da je sistem ostal koherenten do 22 milisekund, kar je za štiri zaporedje višje kot brez modifikacije – in veliko dlje kot kateri koli prej poročani sistem vrtenja elektronov. (Za primerjavo, utripanje oči traja približno 350 milisekund). Sistem je sposoben skoraj popolnoma izločiti nekatere oblike temperaturnih nihanj, fizičnih vibracij in elektromagnetnega hrupa, ki običajno uničijo kvantno koherenco.

Znanstveniki menijo, da bi preprost popravek lahko sprožil odkritja na skoraj vseh področjih kvantne tehnologije.

“Ta pristop ustvarja pot do razširljivosti,” je dejal Awschalom. “S tem bi moralo biti shranjevanje kvantnih informacij v speljevanju elektronov praktično. Podaljšani časi shranjevanja bodo omogočili bolj zapletene operacije v kvantnih računalnikih in omogočili kvantnim informacijam, ki se prenašajo iz naprav, ki temeljijo na vrtenju, prehoditi večje razdalje v omrežjih.”

Čeprav so bili njihovi testi izvedeni v trdnem kvantnem sistemu z uporabo silicijev karbid, znanstveniki menijo, da bi morala imeti tehnika podobne učinke v drugih vrstah kvantnih sistemov, kot so na primer superprevodni kvantni bitovi in ​​molekularni kvantni sistemi. Ta nivo vsestranskosti je nenavaden za takšen inženirski preboj.

“Obstaja veliko kandidatov za kvantno tehnologijo, ki so bili odrinjeni, ker niso mogli dolgo vzdrževati kvantne skladnosti,” je dejal Miao. “To bi lahko ponovno ocenili zdaj, ko imamo na ta način množično izboljšanje skladnosti.

“Najboljši del je, da je neverjetno enostavno narediti,” je dodal. “Znanost, ki stoji za tem, je zapletena, toda logistika dodajanja izmeničnega magnetnega polja je zelo enostavna.”