Современная квантовая вычислительная техника стремительно движется к созданию устойчивых и эффективных квантовых битов (кубитов). Одним из наиболее перспективных направлений является использование топологических квантовых вычислений, где информация закодирована в так называемых майорановских нулевых модах (MZMs). Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature, представило новую архитектуру устройства, способного выполнять одноразовые измерения фермионного паритета в гибридных полупроводниково-сверхпроводниковых структурах на основе арсенида индия и алюминия (InAs-Al). Это достижение является значительным шагом к практическому применению топологических кубитов.
Почему это важно?
Топологические кубиты обещают гораздо более устойчивые вычисления по сравнению с традиционными квантовыми системами. В таких системах ключевую роль играет способность проводить измерения фермионного паритета – фундаментальную операцию в управлении состоянием топологических квантовых состояний. В новом исследовании продемонстрирована методика одноразового (single-shot) интерферометрического измерения фермионного паритета, что критически важно для работы таких квантовых вычислительных систем.
Как это работает?
Устройство, представленное исследователями, использует гетероструктуру InAs-Al, в которой формируется сверхпроводящая нанопроволока с управляемыми квантовыми точками. Интерферометрическое измерение осуществляется за счёт квантовой ёмкости, которая чувствительна к изменениям паритета системы. Ключевые технические особенности:
- Использование метода дисперсионного считывания с высоким разрешением;
- Интерференционный контур, позволяющий измерять изменение фермионного паритета;
- Высокий уровень контроля над квантовыми точками, что обеспечивает необходимую точность измерений.
Исследователи смогли достичь сигнал-шумового отношения (SNR) 1 при времени измерения 3,6 микросекунды, что является значительным результатом для квантовых измерений.
Перспективы
Хотя полученные результаты ещё не позволяют однозначно подтвердить топологическую природу измеренных состояний, методика открывает путь к дальнейшим экспериментам по созданию и тестированию топологических кубитов. В будущем такие устройства могут стать основой для квантовых процессоров, в которых вычисления будут проводиться исключительно с помощью измерений, что существенно упростит их реализацию.
Данное исследование представляет собой важный шаг к созданию масштабируемых топологических квантовых вычислений, а продемонстрированная методика может стать основой для дальнейших разработок в области квантовых технологий.