В квантовых технологиях достаточно широко используются оптические квантовые биты, кубиты, на основе единичных фотонов света. Такие фотоны достаточно легко получить в нужных количествах, ими достаточно просто управлять и запутывать с другими фотонами на квантовом уровне. Однако, для того, чтобы фотонные кубиты сохраняли свою стабильность и могли работать должным образом, все окружающие их элементы и дополнительные устройства требуют охлаждения до температуры, близкой к температуре абсолютного нуля, до -270 градусов Цельсия. А это, в свою очередь, требует огромных затрат энергии и финансов, выделяемых на создание низкотемпературной холодильной техники.
Исследователи из университета Копенгагена разработали новую технологию, которая позволяет сохранить стабильность оптических кубитов на базе фотонов света при комнатной температуре. Это достижение является существенным прорывом в квантовых технологиях, так как оно позволит сэкономить энергию, финансы и ресурсы.
Ключевым компонентом данного достижения является специальное покрытие, которое наносится на поверхность всех элементов квантовых цепей, окружающих фотонный кубит. И уже прямо сейчас использование такого покрытия позволяет сохранить стабильность кубитов при комнатной температуре в течение нескольких миллисекунд, в сотни раз дольше, чем это было возможно ранее.
В обычных условиях высокая температура оказывает влияние и изменяет энергию, заключенную в каждой квантовой частице света. Это происходит в связи с тем, что под влиянием температуры атомы материала начинают двигаться быстрее, сталкиваются друг с другом и иногда испускают фотоны света, сильно отличающиеся друг от друга по уровню заключенной в них энергии. Но для того, чтобы была возможность использовать эти фотоны в качестве кубитов, требуется, чтобы они были максимально идентичны по всем ключевым характеристикам.
Упомянутое выше покрытие является органическим соединением, имеющим структуру, напоминающую структуру воска. Это покрытие как бы смягчает столкновения атомов внешнего слоя материала, что, в свою очередь, делает излучаемые фотоны идентичными и стабильными. Кроме этого, ученые использовали специальные фильтры, пропускающие фотоны только с определенными значениями их основных параметров.
Однако, у описанного выше метода пока имеется существенный недостаток - при его помощи удается получать стабильные фотонные кубиты с очень низкой частотой - один кубит в секунду, в то время, как охлаждаемые системы производят миллионы кубитов за тот же промежуток времени. Учитывая перспективность данного направления, ученые будут продолжать работу над совершенствованием технологии, и эти усилия будут направлены на увеличение количества вырабатываемых кубитов в первую очередь.