7 февраля 2022

Установлен новый рекорд времени сохранения квантового состояния кубита - более 5 секунд

Все современные технологии квантовых вычислений и коммуникаций основываются на использовании квантовых битов, кубитов, и их квантовом состоянии. Но, как хорошо известно нашим постоянным читателям, квантовое состояние кубита является весьма нестабильной вещью, оно разрушается, что влечет за собой потерю информации, даже при минимальном воздействии какого-нибудь постороннего фактора из окружающей среды, к примеру, тепловых колебаний или электромагнитного излучения. Ученые постоянно работают над проблемой увеличения времени сохранности квантового состояния и недавно исследователям из Национальной лаборатории Аргона и Чикагского университете университета удалось установить своего рода рекорд в этой области. Созданные ими кубиты на основе карбида кремния оказались способны сохранять свое квантовое состояние на протяжении более 5 секунд.

"Запутанный с новым кубитом фотон света сумеет сделать около 40 оборотов вокруг земного шара, заключая в себе достоверную квантовую информацию" - пишут ученые, - "И это делает нашу мечту о создании квантового Интернета на один шаг ближе к реальному воплощению".

Первым достижением американских ученых стало обеспечение процедуры более легкой записи и чтения квантового состояния нового кубита. Как и в случае с другими типами полупроводниковых кубитов, это делается путем использования импульсов лазерного света, и измерениями параметров отраженного от кубита света. Эта процедура достаточно сложна, ведь при малейшем отклонении любого параметра происходит разрушение состояния кубита и потеря квантовой информации.

Проблема была решена путем добавления к кубиту еще одного электрона при помощи импульсов света дополнительного лазера. Согласно имеющейся информации такой трюк позволил увеличить уровень отраженного сигнала в 10 тысяч раз. Это, в свою очередь, позволило реализовать технологию одноразового считывания, когда значение кубита считывается при помощи всего одного, а не нескольких импульсов лазерного света.

"Такой режим считывания является неразрушающим и все это открывает путь к практической реализации ряда новых квантовых технологий" - пишут исследователи.

Вооружившись новым методом считывания информации, ученые сконцентрировались на увеличении времени сохранности квантового состояния кубита. Они использовали образцы карбида кремния, очищенного до высочайшей степени чистоты, что само по себе уже позволило уменьшить уровень фоновых шумов. Затем на кубит был направлен выход микроволнового излучателя, импульсы которого стали своего рода "защитной оболочкой", стабилизирующей состояние кубита.

"Каждый из импульсов можно рассматривать как нажатие кнопки "Отмена", которая стирает любую ошибку, успевшую образоваться в кубите во время промежутка между импульсами" - пишут исследователи.

Исследователи считают, что полученные ими пять секунд являются далеко не пределом возможности поддержания стабильности состояния новых кубитов.

"Тем не менее, за уже полученное нами время стабильности квантовый компьютер с такими кубитами успеет выполнить минимум 100 миллионов квантовых операций" - пишут исследователи, - "И такого времени вполне достаточно для проведения вычислений даже самых сложных квантовых алгоритмов".