Ett internationellt team av forskare har lyckats göra ytterligare förbättringar av livslängden för supraledande kvantkretsar. En viktig förutsättning för realiseringen av högpresterande kvantdatorer är att den lagrade datan ska förbli intakt så länge som möjligt. Forskarna, inklusive Jülich-fysikern Dr. Gianluigi Catelani, har utvecklat och testat en teknik som tar bort oparade elektroner från kretsarna. Dessa är kända för att förkorta qubit-livslängden. Studien publiceras online av tidskriften Vetenskap i dag.

Kvantdatorer skulle en dag kunna uppnå betydligt högre beräkningshastigheter än konventionella digitala datorer för att utföra vissa typer av uppgifter. Supraledande kretsar tillhör de mest lovande kandidaterna för att implementera kvantbitar, känd som qubits, med vilka kvantdatorer kan lagra och bearbeta information. De höga felfrekvenserna förknippade med tidigare tillgängliga qubits har hittills begränsat kvantdatorernas storlek och effektivitet. Dr. Gianluigi Catelani från Peter Grünberg Institute (PGI-2) i Jülich, tillsammans med sina kollegor har nu hittat ett sätt att förlänga den tid under vilken de supraledande kretsarna kan lagra en "0" eller en "1" utan fel. Förutom Catelani, teamet består av forskare som arbetar i USA (Massachusetts Institute of Technology, Lincoln Laboratory, och University of California, Berkeley), Japan (RIKEN), och Sverige (Chalmers tekniska högskola).

När supraledande material kyls under en materialspecifik kritisk temperatur, elektroner samlas för att bilda par; då kan ström flyta utan motstånd. Dock, hittills har det inte varit möjligt att bygga supraledande kretsar där alla elektroner buntas ihop. Enstaka elektroner förblir oparade och kan inte flöda utan motstånd. På grund av dessa så kallade kvasipartiklar, energi går förlorad och detta begränsar den tid som kretsarna kan lagra data.

Forskare har nu utvecklat och testat en teknik som tillfälligt kan avlägsna oparade elektroner från kretsen; med hjälp av mikrovågspulser, de är i praktiken "utpumpade". Detta resulterar i en trefaldig förbättring av qubitarnas livslängd.

"Tekniken kan i princip användas omedelbart för alla supraledande qubits", förklarade Catelani, WHO, som teoretisk fysiker har bidragit till analysen och tolkningen av experimentdata. Dock, han betonade att livslängden för qubits bara är ett av många hinder i utvecklingen av komplexa kvantdatorer. Dessutom, den nya tekniken innebär att kvasipartiklarna inte avlägsnas permanent, men flyter tillbaka igen och igen. Forskarna har en annan lösning redo för att lösa detta problem:pumptekniken kan kombineras med en annan metod som permanent fångar kvasipartiklarna. Catelani, tillsammans med sina kollegor från Jülich och Yale, har redan analyserat och testat en sådan kvasipartikel-"fälla". Deras resultat publicerades i september i tidskriften Fysisk granskning B (DOI:10.1103/PhysRevB.94.104516).