Исследователи по всему миру стремятся разработать стабильные и надежные квантовые системы, способные решать задачи, выходящие далеко за пределы возможностей наших современных компьютеров. В основе этих систем лежат кубиты, основные единицы квантовой информации.
Кубиты ценны благодаря своим квантовым свойствам, которые, переплетаясь между собой, значительно облегчают решение некоторых сложных алгоритмов. Однако реализации этих обещаний мешает серьезная проблема: продолжительность времени, в течение которого кубиты могут сохранять информацию, также известная как время когерентности. Эти критические свойства не просто переплетаются с другими кубитами. Они могут взаимодействовать со всем, что находится в их окружении, часто до того, как их драгоценная информация может быть измерена.
Недавно исследователи из Университета Мэриленда совершили значительный прорыв в этой области. Они разработали флюксониевый кубит, который способен сохранять информацию в течение 1,43 миллисекунды, что в десять раз дольше, чем предыдущие квантовые технологии. Этот прорыв может иметь далеко идущие последствия для будущего квантовых вычислений, прокладывая путь к созданию более стабильных и надежных квантовых систем. Подробности этой работы можно найти в журнале .
Флюксоний открывает новую квантовую эру
Флюксониевый кубит получил свое название по принципу работы: он основан на операциях, происходящих на ключевых переходах сверхпроводящей цепи. Это цепь, которая может проводить электричество без сопротивления. Затем этой цепью манипулируют, чтобы создать развязки, или ключевые точки соединения для кубита.
В случае флюксониевого кубита эти соединения играют ключевую роль в способности кубита сохранять информацию в течение длительного времени. Исследователям также пришлось использовать специальные методы охлаждения, чтобы поддерживать сверхпроводящую цепь при чрезвычайно низких температурах, необходимых для сохранения сверхпроводящего состояния материалов. После серии экспериментов по оптимизации конструкции цепи и развязок авторам удалось достичь времени когерентности в 1,43 миллисекунды.
Хотя это время может показаться незначительным в масштабах человечества, оно представляет собой значительное улучшение в области квантовых вычислений — увеличение времени в 10 раз по сравнению с предыдущим рекордом.
Одним из больших преимуществ использования сверхпроводящих систем для измерения квантовых свойств электронов является то, что они уже основаны на электронных схемах. Это область, в которой мы накопили значительный опыт за десятилетия исследований и разработок. Такое знакомство с электронными схемами делает флюксониевые кубиты теоретически более подходящими для интеграции в более крупные системы. Кроме того, их особый дизайн может помочь ограничить количество ошибок, что является постоянной проблемой в области квантовых вычислений.
На пути к практическому использованию кубитов
Важность этого открытия заключается в потенциале, который оно открывает для повышения производительности и эффективности квантовых компьютеров. Время когерентности всегда было основным препятствием для эффективности квантовых систем. Благодаря этому открытию флюксониевые кубиты теперь могут сохранять информацию в десять раз дольше, чем предыдущие технологии, что может позволить проводить более сложные и точные вычисления.
Это достижение также ставит флюксониевые кубиты в прямую конкуренцию трансмонным кубитам, которые в настоящее время являются типом сверхпроводящих кубитов, предпочитаемых такими компаниями, как Google и IBM для своих квантовых компьютеров. Это потенциально может привести к диверсификации технологий, используемых в квантовых вычислениях, что, в свою очередь, может стимулировать инновации и повышение производительности.
Кроме того, исследователи убеждены, что флюксониевые кубиты способны пойти еще дальше в плане когерентности и стабильности. Это означает, что в будущем мы можем увидеть еще большие улучшения. Это очень важно, поскольку ученые стремятся увеличить размер своих квантовых вычислительных систем. Действительно, по мере того, как эти системы становятся больше, когерентность и стабильность кубитов становятся все более важными для обеспечения их правильной работы.