Ученые из Констанцского университета в Германии провели эксперимент, направив лазерный луч на поток свободных электронов, что позволило создать новый вид кубитов. Данные кубиты обладают универсальностью и, вероятно, способны сохранять информацию без потери.
Несмотря на очевидный потенциал квантовых вычислений, ученые до настоящего времени не определили единую основу для квантовых компьютеров. В настоящее время применяются твердотельные квантовые точки на полупроводниках, сверхпроводящие элементы, ионы в вакуумных ловушках, их различные комбинации и множество других экспериментальных систем. Однако каждый из существующих подходов имеет свои преимущества и ограничения, поэтому физики продолжают поиск альтернативных решений.
Для проведения исследования немецкие физики применяли электронный луч просвечивающего электронного микроскопа, взаимодействие с пучком лазерного излучения позволяет пересечь атом. Под воздействием электромагнитного поля лазера у электронов возникают дискретные, ясно выраженные энергетические уровни, которые и используются для формирования кубитов.
Ключевым преимуществом новой технологии создания кубитов является высокая скорость их производства: до миллиарда кубитов в секунду. Это стало возможным благодаря применению непрерывного источника электронов и непрерывного лазерного луча. Практически каждый свободный электрон в электронном пучке может быть преобразован в кубит, а скорость их создания ограничена только производительностью современных источников электронов высокой энергии.
Благодаря отсутствию окружения в вакууме, свободный электрон не подвержен декогеренции — процессу потери информации из-за взаимодействия с окружающей средой, что замедляет этот процесс. Кроме того, лазерно-оптический контроль электронного пучка отличается универсальностью, позволяя легко заменять один лазер на другой при необходимости. В связи с этим, кубиты на основе свободных электронов могут найти применение как в фундаментальных научных исследованиях, так и в практических задачах квантовой информации.
Подробно методика описана в статье, опубликованной в журнале Physical Review Research.