В разработанной британскими учеными системе, использующей молекулы RbCs, время удержания квантовой информации превысило 5,6 секунды. Этот показатель в десять раз выше, чем в предыдущих системах, предназначенных для хранения квантовой информации.
Квантовые компьютеры сталкиваются с серьезным ограничением, связанным с декогеренцией — явлением, при котором квантовая информация, хранящаяся в системе, рассеивается под воздействием окружающей среды. Исследователи из Объединенного квантового центра при Даремском университете провели детальное изучение этой проблемы, рассматривая ультрахолодные полярные молекулы как систему квантовой памяти, и разработали метод, позволяющий замедлить процесс потери информации.
Для проведения исследования ученые применяли молекулы, состоящие из рубидия и цезия 87Rb133Cs, охлажденные до температуры, близкой к абсолютному нулю (минус 273,15 градуса Цельсия), но не достигающей его на 700 нанокельвинов (миллиардных долей градуса). Эти полярные молекулы, состоящие из атомов пятого и шестого периодов таблицы Менделеева, характеризуются сложной структурой колебательных и вращательных энергетических уровней, что делает их перспективными даже для создания кудитов — обобщенных версий кубитов, которые, в отличие от классических битов, принимают не только значения 0 или 1, но и другие логические состояния. Управление этой структурой осуществляется посредством дальнодействующих диполь-дипольных взаимодействий.
В ходе нового исследования ученые стремились установить, объяснить и, при возможности, нейтрализовать все экспериментально существенные факторы, вызывающие декогеренцию в молекулярных кубитах. Они провели измерения когерентность — изначально достигалась согласованность квантовой системы, после чего суперпозиция состояний кубита формировалась с использованием микроволн, и системе позволялось свободно эволюционировать. Повторные измерения когерентности проводились через заданные интервалы времени. В результате было установлено, что число молекул в каждом состоянии кубита изменяется циклически, а при декогеренции – процессе потери информации – амплитуда этих колебаний снижается.
Затем исследователи изучили, как время когерентности связано с различными параметрами эксперимента, такими как магнитное поле или поляризация лазера, используемого для создания оптических ловушек для молекул. Им удалось отрегулировать магнитное поле, чтобы обеспечить нечувствительность созданного кубита к незначительным изменениям в напряженности поля. А установив «магический угол» примерно в 55 градусов между магнитным полем и направлением поляризации лазера, исследователи увеличили время когерентности до 5,6 секунды.
В результате проведенных действий время поддержания когерентности оказалось больше, чем время жизни молекулярного газа, применяемого для кодирования данных. В настоящее время исследователи разрабатывают оптические решетки для ультрахолодных молекул, которые в перспективе могут найти применение в квантовых вычислениях.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Physics.