Los físicos han diseñado una memoria cuántica 3-D que aborda el compromiso entre lograr tiempos de almacenamiento prolongados y tiempos de lectura rápidos. manteniendo al mismo tiempo una forma compacta. La nueva memoria tiene aplicaciones potenciales en computación cuántica, comunicación cuántica, y otras tecnologías.

Los físicos Edwar Xie y coautores del Walther-Meissner-Institut, Universidad Técnica de Munich, y Nanosystems Initiative Munich (NIM), Alemania, han publicado un artículo sobre la nueva memoria cuántica 3-D en un número reciente de Letras de física aplicada .

"Dado que la información cuántica es muy frágil, debe procesarse rápidamente o conservarse en un almacenamiento adecuado. Estos dos requisitos suelen estar en conflicto, "Xie dijo Phys.org . "La mayor importancia de nuestro trabajo es que muestra cómo construir un dispositivo con acceso rápido a la información cuántica almacenada, permitiendo un procesamiento rápido, combinado con un largo tiempo de almacenamiento ".

Uno de los mayores desafíos que enfrenta cualquier tipo de tecnología cuántica es mejorar la vida útil del qubit, y cuando se trata de memorias cuánticas, Los dispositivos 3-D ofrecen los tiempos de coherencia más largos, hasta unos pocos milisegundos. En estos recuerdos Los qubits se almacenan en cavidades de guías de ondas de microondas 3-D, cuyos lentos tiempos de descomposición permiten largos tiempos de almacenamiento de qubits. Sin embargo, se produce una compensación en estos dispositivos, ya que los tiempos de lectura rápidos requieren que la caída de la cavidad sea rápida.

Previamente, Los investigadores han abordado este compromiso de varias maneras, como separando físicamente las unidades de almacenamiento y lectura. Sin embargo, con unidades separadas, los dispositivos se vuelven relativamente grandes y voluminosos en comparación con las memorias 2-D, causando problemas de escalabilidad.

Para lograr simultáneamente tiempos de almacenamiento prolongados, tiempos de lectura rápidos, y una huella pequeña, En el nuevo estudio, los investigadores hicieron uso de la estructura multimodo de las cavidades tridimensionales. En este enfoque, los investigadores usaron antenas para acoplar un qubit a dos modos distintos de una sola cavidad de microondas 3-D, que es mucho más compacto que usar dos unidades completamente separadas. Diseñaron la cavidad para que el modo de memoria tenga un factor de calidad 100 veces mayor que el del modo de lectura. lo que conduce a una caída lenta para el modo de memoria y una caída rápida para el modo de lectura.

Como resultado de este acoplamiento, los investigadores demostraron que el estado del qubit se puede leer en una escala de tiempo 100 veces más corta que el tiempo de almacenamiento. Más lejos, Las simulaciones mostraron que un posicionamiento más preciso de la antena podría extender la relación entre la lectura y el tiempo de almacenamiento a 25, 000. Este valor superaría significativamente la relación actual más alta reportada de 7300 para memorias cuánticas con cavidades cilíndricas 3-D.

En el futuro, los investigadores planean realizar más mejoras en la memoria, como escalar agregando más qubits, acoplar el qubit a modos de cavidad superior, y permitir que la memoria almacene estados cat (una superposición de dos estados macroscópicos), que tiene aplicaciones potenciales en la computación cuántica de variables continuas.

"Una aplicación potencial de esta memoria cuántica tridimensional compacta se encuentra en el campo de la simulación cuántica analógica, donde un circuito cuántico diseñado, como un qubit, imita un átomo, ", Dijo Xie." Debido a su tamaño compacto y requisitos relajados de cableado, Nuestra plataforma de memoria cuántica 3-D es especialmente adecuada para construir cadenas de átomos artificiales para la simulación de moléculas. Aquí, una celda de la cadena consta de una sola cavidad 3D con un qubit, un modo de almacenamiento para el almacenamiento de información intermedio y un modo de lectura para una rápida recuperación de la información. El acoplamiento a la celda vecina se puede lograr con otro qubit ".

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