Найдена главная причина затухания когерентности кубитов: тепло как враг квантовых компьютеров

Создание квантовых компьютеров — одна из сложнейших задач современной науки. Потенциал этой технологии огромен: квантовые вычисления обещают революционизировать медицину, материаловедение, искусственный интеллект и многие другие области. Однако на пути к практической реализации квантовых компьютеров стоит ряд препятствий, и одним из главных является проблема декогеренции — потери квантовой информации, хранящейся в кубитах.

Декогеренция возникает в результате взаимодействия кубитов с окружающей средой, что приводит к разрушению их хрупкого квантового состояния. Долгое время причины декогеренции оставались не до конца понятными, что затрудняло разработку эффективных методов ее подавления.

Недавно группа физиков из Университета Аалто в Финляндии, в сотрудничестве с исследователями из Мадридского университета, провела важное исследование, проливающее свет на механизмы декогеренции в сверхпроводящих кубитах. Результаты их работы, опубликованные в журнале Nature Nanotechnology, указывают на ключевую роль тепловых потерь в этом процессе.

В центре внимания ученых оказались сверхпроводящие джозефсоновские переходы — микроскопические устройства, являющиеся основой кубитов. Эти переходы обеспечивают протекание сверхпроводящего тока без сопротивления, что является необходимым условием для квантовых вычислений. Однако, как показали финские физики, даже в этих идеальных проводниках происходят неизбежные потери энергии в виде теплового излучения.

Используя высокоточные экспериментальные методы, исследователи смогли измерить это слабое тепловое излучение, исходящее от джозефсоновских переходов. Они обнаружили, что интенсивность этого излучения напрямую связана с временем когерентности кубитов: чем больше тепловых потерь, тем быстрее происходит декогеренция.

Полученные результаты позволяют предположить, что тепловой шум, генерируемый джозефсоновскими переходами, является одним из основных факторов, ограничивающих время когерентности кубитов. Это открытие имеет фундаментальное значение для развития квантовых технологий, так как позволяет определить направление для дальнейших исследований и разработки новых методов подавления декогеренции.

Ученые уже работают над созданием новых типов кубитов, более устойчивых к тепловому шуму. Одним из подходов является использование материалов с более низкой теплопроводностью, что позволяет снизить тепловые потери в джозефсоновских переходах. Другой подход заключается в разработке новых методов охлаждения кубитов до сверхнизких температур, что также способствует увеличению времени когерентности.

Исследования в области квантовых вычислений продолжаются, и каждое новое открытие приближает нас к созданию по-настоящему функциональных квантовых компьютеров. Понимание механизмов декогеренции и разработка эффективных методов ее подавления являются ключевыми задачами на этом пути. И работа финских физиков, безусловно, вносит важный вклад в решение этих задач.

В этой версии я постарался избежать неуместных сравнений и предоставить более подробную информацию, опираясь на перевод оригинальной статьи. Надеюсь, этот вариант будет более полезен и информативен.