Ловушка из лазеров и магнитов создала суперстабильные кубиты для квантовых компьютеров

Британские ученые создали ультрахолодное хранилище, которое сохраняет стабильность кубитов, лежащих в основе квантовых компьютеров. Они опубликовали статью о своем достижении в журнале Nature Physics.

Одной из главных проблем, мешающих создать надежный квантовый компьютер, является декогеренция — физический процесс, из-за которого колебания в окружающей среде разрушают информацию, записанную в частицах. Сотрудники Объединенного квантового центра в Даремском университете нашли способ значительно увеличить работоспособность кубитов в ультрахолодных полярных молекулах, которые используют в качестве хранилища памяти.

Они взяли газообразные молекулы из атомов цезия и рубидия, которые охладили практически до температуры абсолютного нуля (-273,15 градуса по Цельсию). Как объяснили авторы статьи, такие химические элементы хорошо подходят для создания кубитов благодаря сложной структуре с внутренними колебаниями и вращениями. В итоге данные в квантовой системе удалось сохранить дольше 5,6 секунды — это время в разы больше, чем удавалось достичь в других системах подобного типа. При этом кубиты "прожили" дольше, чем газ, в котором находились.

Во время исследования команда измеряла согласованность квантовой системы (когерентность), затем шифровали информацию в кубитах при помощи микроволн и следили, как они себя поведут. Они измеряли когерентность через равные промежутки времени и обнаружили, что количество молекул в любом состоянии меняется перодически, а при потере информации уменьшается амплитуда колебаний.

Как выяснилось, на время стабильности можно повлиять при помощи магнитного поля или поляризационного лазера, создающего оптические ловушки для молекул. Ученые подобрали такие параметры поля, при которых кубиты не реагировали на небольшие колебания напряженности. Максимальную продолжительность дало лазерное излучение, направленное в магнитное поле под углом около 55 градусов. Теперь британские ученые пытаются усовершентствовать оптические ловушки для охлажденных молекул, чтобы использовать их в квантовых компьютерах.

Ранее компания IBM представила, как будут выглядеть квантовые компьютеры будущего. Новая платформа Quantum System Two позволит запустить системы с 433 и 1121 кубитами, однако им понадобятся мощные криогенные установки для охлаждения молекул.

Фокус также писал, как устроены современные квантовые компьютеры и для чего они нужны. Ученые утверждают, что такая машина способна за час справиться с задачей, которую традиционный полупроводниковый суперкомпьютер будет решать около восьми лет.