Рекорд длительности сохранения квантовой когерентности превысил 5 секунд

Группа исследователей из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США и Чикагского университета в недавнем выпуске журнала Science Advances сообщила о значительном прогрессе в преодолении проблем, общих для квантовых систем. Учёные разработали надёжный способ считывания полупроводниковых кубитов и смогли сохранять квантовое состояние более пяти секунд — новый рекорд для этого класса устройств.

Для полупроводниковых кубитов, подобных тем, с которыми работала эта команда, типичным методом считывания является измерение переизлучаемого обратно лазерного света – сложная процедура, требующая детектирования отдельных фотонов.

Чтобы упростить считывание, исследователи с помощью тщательно контролируемых лазерных импульсов добавляли к своему кубиту один электрон в зависимости от его начального квантового состояния. Затем кубит считывается так же, как и раньше — с помощью лазера — только теперь излучаемый свет демонстрирует отсутствие или присутствие электрона, причём интенсивность сигнала увеличивается почти на четыре порядка величины.

Вооружившись этим методом «однократного считывания» (single shot readout), учёные смогли заняться тем, чтобы квантовые состояния сохранялись как можно дольше. Они вырастили высокоочищенные образцы карбида кремния (что уменьшило фоновый шум), а затем, воздействовали на кубит серией микроволновых импульсов.

«Эти импульсы, быстро переключая квантовое состояние, отделяют кубит от источников шума и ошибок», — пояснил Крис Андерсон (Chris Anderson), соавтор статьи из Чикагского университета,.

По его словам, новый рекорд времени позволяет выполнить более 100 миллионов квантовых операций, прежде чем когерентность будет нарушена. Исследователи полагают, что и этот рекорд можно улучшить, что в перспективе позволит увеличить сложность задач, решаемых квантовым компьютером, или повысить чувствительность к слабым сигналам квантовых сенсоров.

Более того, создав систему кубитов из карбида кремния — материала, который широко применяется в лампочках, электромобилях и мощной электронике, исследователи надеются, что эта рентабельная и масштабируемая технология откроет дополнительные возможности для квантовых инноваций.

«По сути, мы создали переводчик квантовых состояний на язык классической электроники, — заявил Андерсон. – Мы хотим положить начало новой категории устройств, которые будут чувствительны к одиночным электронам, но также смогут принимать квантовые состояния. Карбид кремния может делать и то, и другое».