Созданы рекордно долгоживущие и активные "ядерные" кубиты

МОСКВА, 22 октября. /ТАСС/. Физики из Франции, Великобритании и Китая разработали новый тип "ядерных" кубитов, простейших вычислительных блоков квантового компьютера, которые сохраняют свое квантовое состояние на протяжении нескольких секунд и при этом хорошо поддаются контролю. Результаты первых вычислений на базе этих кубитов были представлены в статье в научном журнале Nature Physics.

"Квантовые биты, построенные на базе спинов ядер атомов, в теории обладают множеством плюсов, в том числе возможностью их плотного расположения внутри устройств и высоким уровнем защищенности от помех. На практике, эта изолированность ядерных спинов также значительно осложняет управление и считывание данных из кубитов. Мы разработали гибридную архитектуру, которая позволяет считывать "ядерные" кубиты при помощи сверхпроводниковых резонаторов", - говорится в исследовании.

Данное открытие было совершено группой французских, британских и китайских физиков под руководством научного сотрудника Комиссариата по атомной и альтернативным видам энергии (Франция) Джеймса О'Салливана при поиске подходов, позволяющих записывать, хранить и считывать квантовые данные при помощи так называемого ядерного спина. Так физики называют особую квантовую характеристику ядра атома, которая отражает магнитные свойства и распределение входящих в него субатомных частиц.

Как объясняют О'Салливан и ученые, использование ядерного спина в качестве основы для кубитов позволяет обойти одну из главных проблем, мешающих работе квантовых компьютеров. Она связана с тем, что время жизни кубитов, построенных на базе других квантовых объектов, сильно ограничено из-за их случайных взаимодействий с объектами окружающего мира. Ядерный спин по большей части защищен от подобных помех, благодаря чему кубиты на его базе будут сохранять свое состояние рекордно долгое время, однако до настоящего времени у ученых не было надежных методов их контроля.

Гибридный подход для управления квантовым компьютером

Физики обнаружили, что эту проблему можно решить при помощи гибридной системы, сочетающей в себе три разных компонента - атомы вольфрама-183, чей ядерный спин используется в качестве носителя квантовой информации, а также связанные с ними спины электронов в ионах эрбия и специальные сверхпроводниковые резонаторы. Взаимодействия между этими тремя "блоками" кубитов позволяют считывать или записывать информацию при помощи микроволн, не разрушая при этом квантовое состояние ячейки памяти.

Первые опыты с прототипом квантового компьютера на базе двух подобных кубитов показали, что его ячейки памяти способны хранить информацию на протяжении примерно 3-4 секунд и исполнять все ключевые логические операции, необходимые для ведения вычислений. Пока данная система относительно медленно считывает данные, за несколько миллисекунд, однако ученые ожидают, что они смогут ускорить этот процесс на несколько порядков при помощи относительно простых модификаций. Это откроет дорогу для создания квантовых вычислителей на базе долгоживущих "ядерных" кубитов, подытожили физики.