Международная группа физиков из Технологического университета Чалмерса (Швеция) предложила принципиально новый подход к созданию квантовых систем, который может существенно приблизить появление полноценных и стабильных квантовых компьютеров. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

Главная проблема квантовых технологий

Одним из самых серьёзных препятствий на пути развития квантовых компьютеров остаётся декогеренция — процесс, при котором кубиты (квантовые биты) быстро теряют свою квантовую информацию из-за взаимодействия с окружающей средой (шум, температура, электромагнитные помехи).

«Квантовые системы чрезвычайно мощные, но при этом крайне хрупкие. Ключевая задача — научиться управлять их взаимодействием с окружающей средой», — объяснил один из авторов исследования Лэй Ду.

Новая концепция: «гигантские суператомы»

Учёные объединили два перспективных направления — гигантские атомы и суператомы — и создали гибридную систему, которую назвали гигантским суператомом.

  • Гигантские атомы — это искусственные квантовые системы, которые взаимодействуют с окружающей средой сразу в нескольких точках. Благодаря этому они частично «запоминают» свои предыдущие состояния и лучше сопротивляются декогеренции.
  • Суператомы — это группа обычных атомов, которые ведут себя как единый квантовый объект.

Объединив эти идеи, исследователи получили систему, способную хранить и обрабатывать квантовую информацию от нескольких кубитов одновременно, оставаясь при этом значительно более устойчивой к внешним помехам.

Новые возможности для квантовых вычислений

Одна из важнейших задач квантовых компьютеров — создание и поддержание запутанных состояний, при которых несколько кубитов работают как единое целое. Именно запутанность даёт квантовым машинам их колоссальную вычислительную мощность. Однако в реальных условиях такие состояния очень быстро разрушаются.

Новая архитектура, по словам авторов, позволяет эффективнее сохранять запутанность и передавать квантовую информацию на расстояние с минимальными потерями. Учёные предложили несколько практических схем работы гигантских суператомов, включая обмен состояниями между ними и синхронную передачу сигналов.

«Гигантские суператомы открывают совершенно новые возможности управления квантовой информацией», — отметила соавтор работы Янине Шплеттштессер.

Что дальше

Пока концепция существует в виде теоретических моделей и расчётов. Следующий важный этап — экспериментальная реализация гигантских суператомов в лаборатории. В перспективе такие системы могут стать основой для гибридных квантовых устройств, в которых разные типы кубитов и технологий будут работать вместе.

Вкратце

Учёные из Технологического университета Чалмерса предложили новую концепцию квантовых систем — «гигантские суператомы». Объединив идеи гигантских атомов и суператомов, они создали архитектуру, которая значительно лучше сопротивляется декогеренции — главной проблеме современных квантовых компьютеров. Новая система позволяет эффективнее хранить и передавать запутанные квантовые состояния. Хотя работа пока носит теоретический характер, она открывает перспективный путь к созданию более стабильных и мощных квантовых устройств. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.