"Der Quarton-Koppler beschleunigt nicht nur die Geschwindigkeit, mit der wir Qubits auslesen können, sondern bereichert auch die Palette der Interaktionen, die für Quantenoperationen zur Verfügung stehen", erklärt Yufeng "Bright" Ye, PhD '24, vom MIT.
Forscher des MIT haben in Cambridge, MA, am [Datum der Veröffentlichung, unter Annahme des aktuellen Datums] einen Durchbruch im Quantencomputing bekannt gegeben. Das Team erreichte die bisher stärkste nichtlineare Licht-Materie-Kopplung und ebnete damit den Weg für Quantenauslesungen, die zehnmal schneller sind als bisher möglich.
Dieser Fortschritt adressiert eine kritische Herausforderung: die Geschwindigkeit und Genauigkeit von Quantenoperationen. Eine Hochgeschwindigkeitsmessung ist entscheidend, da Qubits, die Bausteine von Quantencomputern, anfällig für Fehler und Dekohärenz sind.
Die Innovation des MIT-Teams konzentriert sich auf den "Quarton-Koppler", ein supraleitendes Schaltungsdesign. Dieser Koppler erzeugt eine nichtlineare Interaktion zwischen Photonen und künstlichen Atomen und verstärkt die Interaktionsstärken um das Zehnfache.
Diese stärkere Kopplung ermöglicht schnellere Quantengatteroperationen und Ausleseprozesse. Das Quantenauslesen beinhaltet das Senden von Mikrowellenphotonen auf ein Qubit; der Quarton-Koppler verstärkt die Frequenzverschiebungen und ermöglicht so eine Messung innerhalb von Nanosekunden.
Die Forscher integrierten zwei supraleitende Qubits, die über den Quarton-Koppler verbunden sind. Diese Anordnung verstärkt sowohl die Photon-Atom- als auch die Qubit-Qubit-Wechselwirkungen und erweitert den Umfang der Quantenoperationen.
Ye betont, dass dieser Durchbruch die Erreichung der Fehlertoleranz beschleunigt, einer kritischen Schwelle für die Erschließung praktischer Quantenanwendungen. Dieser Fortschritt bringt die Quantencomputing-Community der Realisierung fehlertoleranter Quantencomputer näher, die in der Lage sind, groß angelegte, zuverlässige Verarbeitung durchzuführen.
Die Auswirkungen gehen über das beschleunigte Auslesen hinaus und eröffnen Möglichkeiten für Multi-Qubit-Gatter und die Erzeugung von Verschränkung. Dieser Meilenstein markiert einen überzeugenden Schritt zur Verwirklichung der weitreichenden Vorteile des Quantencomputings.
Die in Nature Communications veröffentlichte Studie unterstreicht die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen dem MIT, dem MIT Lincoln Laboratory und der Harvard University. Diese Arbeit verspricht, theoretisches Potenzial in operative Realität umzuwandeln und die Einführung praktischer Quantenmaschinen zu beschleunigen.