Dagens kvantteknik kommer att revolutionera informationsbehandling, kommunikation, och sensorteknik under de kommande decennierna. De grundläggande byggstenarna för framtida kvantprocessorer är, till exempel, atomer, supraledande kvantelektroniska kretsar, snurra kristaller i diamanter, och fotoner. Under de senaste åren har det blivit uppenbart att ingen av dessa kvantbyggstenar kan uppfylla alla krav som att ta emot och lagra kvantsignaler, bearbeta och överföra dem.

En forskargrupp som leds av professorerna József Fortágh, Reinhold Kleiner och Dieter Kölle från University of Tübingen Institute of Physics har lyckats koppla magnetiskt lagrade atomer på ett chip med en superledande mikrovågsresonator. Kopplingen av dessa två byggstenar är ett viktigt steg mot konstruktionen av ett hybridkvantsystem av atomer och superledare som möjliggör vidareutveckling av kvantprocessorer och kvantnätverk. Studien har publicerats senast Naturkommunikation .

Kvanttillstånd tillåter särskilt effektiva algoritmer som långt överstiger de konventionella alternativen hittills. Kvantkommunikationsprotokoll möjliggör, i princip, oackligt datautbyte. Kvantsensorer ger de mest exakta fysiska mätdata. "För att tillämpa dessa nya tekniker i vardagen, vi måste utveckla grundläggande nya hårdvarukomponenter, "Säger Fortágh. Istället för de konventionella signaler som används i dagens teknik - bitar - som bara kan vara en en eller en nolla, den nya hårdvaran kommer att behöva bearbeta mycket mer komplexa kvantintrasslade tillstånd.

"Vi kan bara uppnå full funktionalitet genom kombinationen av olika kvantbyggstenar, "Förklarar Fortágh. På detta sätt, snabba beräkningar kan göras med hjälp av supraledande kretsar; lagring är dock endast möjlig på mycket korta tidsskalor. Neutrala atomer som svävar över ett chips yta, på grund av deras låga styrka för interaktioner med sin omgivning, är idealiska för kvantförvaring, och som sändare av fotoner för signalöverföring. Av denna anledning, forskarna kopplade ihop två komponenter för att göra en hybrid i sin senaste studie. Hybridkvantsystemet kombinerar naturens minsta kvantelektroniska byggstenar - atomer - med konstgjorda kretsar - de supraledande mikrovågsresonatorerna. "Vi använder funktionerna och fördelarna med båda komponenterna, "säger studiens huvudförfattare, Dr Helge Hattermann, "Kombinationen av de två ojämlika kvantsystemen kan göra det möjligt för oss att skapa en riktig kvantprocessor med supraledande kvantgaller, atomkvantlagring, och fotoniska qubits. "Qubits är - analoga med bitar i konventionell beräkning - den minsta enheten för kvantsignaler.

Det nya hybridsystemet för framtida kvantprocessorer och deras nätverk utgör en parallell med dagens teknik, som också är en hybrid, som en titt på din datormaskinvara visar:Beräkningar görs av mikroelektroniska kretsar; information lagras på magnetiska medier, och data överförs via fiberoptiska kablar via internet. "Framtida kvantdatorer och deras nätverk kommer att fungera enligt denna analogi - som kräver en hybridmetod och tvärvetenskaplig forskning och utveckling för full funktionalitet, "Säger Fortágh.