Om vi ​​kan utnyttja det, kvantteknologi lovar fantastiska nya möjligheter. Men först, forskare måste locka kvantsystem för att hålla sig i ok längre än några miljondelar av en sekund.

Ett team av forskare vid University of Chicagos Pritzker School of Molecular Engineering tillkännagav upptäckten av en enkel modifiering som gör det möjligt för kvantsystem att förbli i drift - eller "koherent" -10, 000 gånger längre än tidigare. Även om forskarna testade sin teknik på en viss klass av kvantsystem som kallas solid-state qubits, de tror att det borde vara tillämpbart på många andra typer av kvantsystem och skulle således kunna revolutionera kvantkommunikation, beräkning och avkänning.

Studien publicerades 13 augusti i Vetenskap .

"Detta genombrott lägger grunden för spännande nya forskningsvägar inom kvantvetenskap, " sade studiens huvudförfattare David Awschalom, Liew familjeprofessor i molekylär teknik, senior forskare vid Argonne National Laboratory och chef för Chicago Quantum Exchange. "Den här upptäcktens breda tillämpbarhet, tillsammans med en anmärkningsvärt enkel implementering, tillåter denna robusta koherens att påverka många aspekter av kvantteknik. Det möjliggör nya forskningsmöjligheter som tidigare ansågs opraktiska."

Nere på atomnivå, världen fungerar enligt kvantmekanikens regler – mycket annorlunda än vad vi ser omkring oss i våra dagliga liv. Dessa olika regler kan översättas till teknik som praktiskt taget unhackable nätverk eller extremt kraftfulla datorer; US Department of Energy släppte en ritning för framtidens kvantinternet i ett evenemang på UChicago den 23 juli. Men grundläggande tekniska utmaningar kvarstår:Kvantstater behöver en extremt tyst, stabilt utrymme för drift, eftersom de lätt störs av bakgrundsljud från vibrationer, temperaturförändringar eller elektromagnetiska fält.

Således, forskare försöker hitta sätt att hålla systemet sammanhängande så länge som möjligt. Ett vanligt tillvägagångssätt är att fysiskt isolera systemet från den bullriga omgivningen, men det här kan vara svårt och komplicerat. En annan teknik innebär att göra alla material så rena som möjligt, vilket kan bli dyrt. Forskarna vid UChicago tog en annan väg.

"Med detta tillvägagångssätt, vi försöker inte eliminera buller i omgivningen; istället, vi "lurar" systemet att tro att det inte upplever bruset, " sa postdoktorn Kevin Miao, tidningens första författare.

Tillsammans med de vanliga elektromagnetiska pulserna som används för att styra kvantsystem, teamet applicerade ytterligare ett kontinuerligt växelmagnetfält. Genom att justera detta fält, forskarna kunde snabbt rotera elektronsnurrarna och låta systemet "stämma ut" resten av bruset.

"För att få en känsla av principen, det är som att sitta på en karusell med folk som skriker runt omkring dig, " förklarade Miao. "När resan är stilla, du kan höra dem perfekt, men om du snurrar snabbt, bruset suddas ut i bakgrunden."

Denna lilla förändring gjorde att systemet kunde förbli koherent upp till 22 millisekunder, fyra storleksordningar högre än utan modifieringen – och mycket längre än något tidigare rapporterat elektronspinsystem. (För jämförelse, en ögonblink tar cirka 350 millisekunder). Systemet kan nästan helt ställa in vissa former av temperaturfluktuationer, fysiska vibrationer, och elektromagnetiskt brus, alla som vanligtvis förstör kvantkoherens.

Den enkla fixen kan låsa upp upptäckter inom praktiskt taget alla områden av kvantteknologi, sa forskarna.

"Det här tillvägagångssättet skapar en väg till skalbarhet, ", sade Awschalom. "Det borde göra lagring av kvantinformation i elektronspin praktisk. Förlängda lagringstider kommer att möjliggöra mer komplexa operationer i kvantdatorer och tillåta kvantinformation som överförs från spinnbaserade enheter att resa längre sträckor i nätverk."

Även om deras tester kördes i ett solid-state kvantsystem med kiselkarbid, forskarna tror att tekniken borde ha liknande effekter i andra typer av kvantsystem, såsom supraledande kvantbitar och molekylära kvantsystem. Denna nivå av mångsidighet är ovanlig för ett sådant tekniskt genombrott.

"Det finns många kandidater för kvantteknologi som sköts undan eftersom de inte kunde upprätthålla kvantkoherens under långa tidsperioder, " Sa Miao. "De kan omvärderas nu när vi har det här sättet att massivt förbättra koherensen.

"Det bästa är att det är otroligt lätt att göra, " tillade han. "Vetenskapen bakom det är invecklad, men logistiken för att lägga till ett alternerande magnetfält är väldigt okomplicerat."