Физики из США и Китая создали новый тип сверхпроводящих кубитов с рекордно долгим временем жизни, что стало возможным благодаря применению так называемых «квантовых шрамов», экзотических квантовых объектов. Об этом сообщила пресс-служба университета штата Аризона (ASU).
«Применение этих объектов поможет нам преодолеть главную проблему в развитии квантовых вычислений. Для работы квантовых компьютеров нам необходимо собрать большое число квантовых битов в одной точке пространства, однако взаимодействия кубитов друг с другом приводят к резкому росту уровня шумов. В результате этого их состояние нарушается за очень короткое время, около 10 наносекунд», – заявил профессор ASU Лай Инчэн.
Так называемые «квантовые шрамы» представляют собой экзотические квантовые объекты, обнаруженные в 1984 году известным американским физиком Эриком Хеллером. Они представляют собой парадоксальные квантовые системы, которые самопроизвольно возвращаются в свое первоначальное состояние даже после того, как они значительное время находились в неравновесном состоянии.
Одна из форм «квантовых шрамов» была открыта в 2017 году российско-американским физиком Михаилом Лукиным и его коллегами в ходе опытов на созданном ими квантовом компьютере на базе холодных атомов. Это открытие породило огромный интерес к использованию «квантовых шрамов» в области квантовой сенсорики и метрологии.
Профессор Лай Инчэн и его коллеги задумались, можно ли использовать открытые профессором Лукиным и его коллегами квантовые объекты для ликвидации одного из главных недостатков квантовых компьютеров на базе сверхпроводников – невозможности разместить большое число сверхпроводящих кубитов рядом друг с другом из-за быстрого снижения в типичном времени жизни квантовых ячеек памяти.
Как объясняют ученые, их интерес к «квантовым шрамам» был связан с тем, что высокий уровень стабильности этих экзотических объектов при высоком уровне хаоса в окружающей среде потенциально способен защитить сверхпроводящие кубиты от действия помех, возникающих в результате их случайных взаимодействий друг с другом.
Руководствуясь этой идеей, физики модифицировали работу сверхпроводящего квантового компьютера на базе 30 кубитов таким образом, что взаимодействия квантовых ячеек памяти приводили к рождению «квантовых шрамов». Последующие опыты показали, что подобный подход увеличил время жизни квантовых битов примерно до 300-400 наносекунд, что пока является рекордом для столь сложно устроенных систем.
Последующие эксперименты, как надеются исследователи, помогут им увеличить время беспрепятственной работы кубитов еще в несколько раз. Это позволит использовать сверхпроводящие квантовые компьютеры для проведения сложных вычислений с большим числом операций, а также для поисков пока неизвестных нам феноменов мира квантовых частиц.