Первый функционирующий механический кубит разработан швейцарскими физиками. Для создания суперпозиции использовались колебания пьезоэлектрического диска.
Квантовые вычисления базируются на концепции кубита — базовой единицы информации, способной представлять не только значения «1» и «0», но и, потенциально, бесконечное число промежуточных состояний. По мнению ученых, квантовые компьютеры, использующие кубиты смогут решать недоступные классическим компьютерам задачи.
Несмотря на значительный прогресс, достигнутый с момента разработки идеи квантовых вычислений, современные технологии сталкиваются с рядом ограничений. Электромагнитные кубиты, используемые в процессе вычислений, подвержены ошибкам, которые требуют исправления как в ходе работы, так и после ее завершения. К тому же, время существования и функционирования виртуальных квантовых кубитов составляет лишь доли секунды.
Ученые-физики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) предложили альтернативу — механические кубиты. Статья о концепции и ее тестировании опубликована в журнале Science.
Для создания механического кубита исследователи выбрали пьезоэлектрический диск, размещенный на сапфировой подложке и функционирующий как механический резонатор. Под действием электромагнитного поля пьезоэлектрический материал деформируется, что приводит к изменению формы мембраны действует как аналог барабанной. Она хранит информацию в трех состояниях: покоя, вибрации и их суперпозиции. В диске фононы, квазичастицы, используемые для описания колебаний в квантовой системе, сильно и нелинейно взаимодействуют друг с другом. Именно на основе их взаимодействия и стало возможно сделать кубит.
К пьезоэлектрической мембране исследователи присоединили сверхпроводящий кубит, также размещенный на сапфировой подложке. Для сборки устройства ученым пришлось разработать собственную технологию соединения компонентов.
Проведенные испытания продемонстрировали, что механический кубит демонстрирует время когерентности, которое выше, чем у гибридных и виртуальных кубитов, используемых в других системах. Результаты экспериментов указывают на прямую зависимость этого показателя от характеристик сверхпроводящих материалов. Увеличенное время когерентности позволяет выполнять большее количество операций, не приводя к разрушению квантового состояния.
В дальнейшем исследователи планируют экспериментировать с материалами для увеличения времени когерентности. Также они намерены протестировать механические кубиты в составе квантовых логических элементов, чтобы оценить их эффективность в реальных вычислительных задачах. Такой подход может приблизить человечество к созданию полноценных квантовых компьютеров.