Пастка з лазерів та магнітів створила суперстабільні кубити для квантових комп'ютерів

Квантова установка
Фото: phys.org | Провідний автор дослідження Філіп Грегорі поруч із квантовою установкою

Щоб зберегти зашифровані квантові дані довше ніж 5 секунд, довелося охолодити молекулярний газ майже до абсолютного нуля.

Британські вчені створили ультрахолодне сховище, яке зберігає стабільність кубитів, що лежать в основі квантових комп'ютерів. Вони опублікували статтю про своє досягнення у журналі Nature Physics.

Однією з головних проблем, які заважають створити надійний квантовий комп'ютер, є декогеренція — фізичний процес, через який коливання у навколишньому середовищі руйнують інформацію, записану у фізичних частках. Співробітники Об'єднаного квантового центру в Даремському університеті знайшли спосіб значно збільшити працездатність кубітів в ультрахолодних полярних молекулах, які використовують як сховища пам'яті.

Вони взяли газоподібні молекули з атомів цезія та рубідія, які охолодили практично до температури абсолютного нуля (-273,15 градуса за Цельсієм). Як пояснили автори статті, такі хімічні елементи добре підходять для створення кубитів завдяки складній структурі із внутрішніми коливаннями та обертаннями. У підсумку дані в квантовій системі вдалося зберегти довше 5,6 секунд — це час у рази більше, ніж вдавалося досягти в інших системах подібного типу. При цьому кубити "прожили" довше за газ, в якому знаходилися.

Квантова фізика
Квантова система для зберігання кубитів
Фото: phys.org

Під час дослідження команда вимірювала узгодженість квантової системи (когерентність), потім шифрували інформацію в кубітах за допомогою мікрохвиль і стежили, як вони поведуться. Вони вимірювали когерентність через рівні проміжки часу та виявили, що кількість молекул у будь-якому стані змінюється періодично, а при втраті інформації зменшується амплітуда коливань.

Як з'ясувалося, на час стабільності можна вплинути за допомогою магнітного поля або лазерного поляризаційного, що створює оптичні пастки для молекул. Вчені підібрали такі параметри поля, коли кубити не реагували на невеликі коливання напруженості. Максимальну тривалість дало лазерне випромінювання, спрямоване магнітне поле під кутом близько 55 градусів. Тепер британські вчені намагаються вдосконалити оптичні пастки для охолоджених молекул, щоб використовувати їх у квантових комп'ютерах.

Раніше компанія IBM представила, як виглядатимуть квантові комп'ютери майбутнього. Нова платформа Quantum System Two дозволить запустити системи з 433 та 1121 кубитами, проте їм знадобляться потужні кріогенні установки для охолодження молекул.

Фокус також писав, як влаштовані сучасні квантові комп'ютери і навіщо вони потрібні. Вчені стверджують, що така машина здатна за годину впоратися із завданням, яке традиційний напівпровідниковий суперкомп'ютер вирішуватиме близько восьми років.