Исследователи из объединения Q-NEXT под эгидой Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и Чикагского университета установили рекорд сохранения квантового состояния кубитов. В большинстве экспериментов с кубитами время их когерентности длится микросекунды или миллисекунды, тогда как новое исследование подтвердило сохранение когерентности более чем 5 секунд, чего уже достаточно для массы квантовых вычислений.
Учёные одновременно решили две проблемы квантовых вычислений: они добились устойчивого считывания состояния кубитов и увеличили время сохранения этого состояния до более чем 5 секунд. Более того, исследование проведено для полупроводниковых кубитов на основе карбида кремния, который широко применяется в производстве силовой электроники. Это означает, что с производством квантовых процессоров и с маштабированием особенных проблем не возникнет, а также будет удержана в разумных пределах стоимость решений.
«Это редкость, когда квантовая информация сохраняется в таких «человеческих» масштабах времени, — сказал главный исследователь проекта Дэвид Авшалом (David Awschalom), старший научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории, директор центра квантовых исследований Q-NEXT. — Пять секунд это достаточно долго, чтобы отправить сигнал со скоростью света на Луну и обратно. Это очень мощно, если вы думаете о передаче информации от кубита кому-то с помощью света. Этот свет будет правильно отражать состояние кубита даже после того, как он обогнёт Землю почти 40 раз — это открывает путь к созданию распределенного квантового интернета».
«По сути, это выводит карбид кремния на передний план в качестве платформы для квантовой связи, — сказала аспирант Чикагского университета Елена Глен (Elena Glen), соавтор первой статьи. — Это интересно, потому что это легко масштабировать, поскольку мы уже знаем, как создавать полезные устройства из этого материала».
В статье в издании Science Advances учёные рассказали, как добились успеха. Суть открытия заключается в создании особенного импульса лазера, который добавляет один электрон к кубиту в зависимости от первоначального квантового состояния этого кубита (0 или 1). Это однократное считывание, поскольку состояние суперпозиции кубита разрушается, но это позволяет закрепить состояние на достаточное для вычислений время. Кубит с добавленным электроном сохраняет квантовое состояние и даёт сильнейший отклик при считывании — до 10 тыс. раз сильнее, что делает операции чтения устойчивыми к помехам.
«Только теперь излучаемый свет отражает отсутствие или присутствие электрона, причем с почти в 10 000 раз большим сигналом, — сказала Глен. — Преобразовав наше хрупкое квантовое состояние в стабильные электронные заряды, мы можем измерить наше состояние гораздо, гораздо проще. Благодаря такому увеличению сигнала мы можем получать надежный ответ каждый раз, когда проверяем, в каком состоянии находится кубит».
Фактически это привнесение квантовых расчётов в привычный нам цифровой мир нулей и единиц, что даёт надежду на относительно скорый прорыв в создании универсальных квантовых компьютеров и квантового интернета.
Источник 3dnews
