Майорановские кубиты считаются одними из самых перспективных кандидатов для квантовых вычислений, но до сих пор они оставались буквально неуловимыми. Главное преимущество этих частиц — необычный способ хранения информации.
«Топологические кубиты — это словно сейфы для квантовой информации, — объясняет соавтор нового исследования, специалист Испанского национального исследовательского совета Рамон Агуадо. — Только вместо того, чтобы хранить данные в конкретном месте, они распределяют их нелокально между парой особых состояний, известных как майорановские нулевые моды».
Именно это свойство делает такие кубиты ценными: они устойчивы к локальным помехам, которые обычно разрушают квантовую информацию. Чтобы повредить хранящиеся на майонаровских кубитах данные, сбой должен затронуть систему целиком. Однако это же достоинство превратилось в главную экспериментальную проблему. «Как прочитать или обнаружить свойство, которое не находится ни в какой конкретной точке?» — формулирует парадокс Агуадо.
Для решения этой задачи международная команда физиков создала модульную наноструктуру, собранную из маленьких элементов по примеру конструктора Лего. Она называется минимальной цепочкой Китаева и состоит из двух полупроводниковых квантовых точек, связанных через сверхпроводник. Такой подход позволяет создавать майорановские моды контролируемо, а не действовать вслепую с комбинацией материалов.
Затем ученые применили новую технику — измерение квантовой емкости. Она действует как глобальный зонд, чувствительный к общему состоянию системы. С ее помощью впервые удалось в реальном времени и за одно измерение определить, является ли нелокальное квантовое состояние четным или нечетным — то есть «заполненным» или «пустым». Это и есть основа кубита.
«Эксперимент подтвердил уже известным нам принцип защиты: локальные измерения заряда слепы к этой информации, а глобальный зонд ясно ее выявляет», — отмечает соавтор работы Горм Стеффенсен. Еще одним важным результатом стало наблюдение случайных скачков четности, что позволило измерить время когерентности — оно превысило одну миллисекунду. Это многообещающий показатель для будущих операций с топологическими кубитами.
Ранее физики совершили еще одно революционное открытие: они нашли способ измерять время квантовых процессов без использования внешних часов.