Фото: K. S. Miao, et al. / Science. Американские и японские физики достигли значительного прогресса в области квантовых вычислений, увеличив время когерентности твердотельных спиновых кубитов до десятков миллисекунд. Это уникальное увеличение на четыре порядка по сравнению с предыдущими спиновыми системами. Данный результат опубликован в известном журнале Science. Вообще говоря, квантовые компьютеры обладают потенциалом превосходить классические вычислительные системы во многих областях, от моделирования сложных биологических систем до факторизации больших чисел. Элементарные частицы, составляющие квантовый компьютер (кубиты), являются микроскопическими и чрезвычайно чувствительными системами. В твердотельных квантовых устройствах в качестве кубитов используются спины атомов. Основная характеристика кубитов — это время когерентности, которое определяет сколько живет квантовое состояние.

Группа профессора Авшалома из США. University of Chicago
В спиновых системах время когерентности достигает нескольких микросекунд, что, к сожалению, не достаточно чтобы провести большие и интересные вычисления. Группа ученых из США и Японии под руководством профессора Дэвида Авшалома (David D. Awschalom) разработала метод сохранения когерентности спиновых кубитов до десятков миллисекунд, что в 10000 раз больше предыдущих экспериментов.
Обычно для увеличения времени когерености ученые пытаются изолировать квантовую систему и убрать внешние шумы. Однако, полностью изолировать систему невозможно — необходимо ее контролировать, запутывать с другими системами и считывать, что непременно вносит шум и уменьшает когерентность.
Группа профессора Авшалома выбрала другой путь: вместо того, чтобы изолировать спины физики привели квантовую систему в такое состояние, при котором она стала намного менее чувствительна к внешним шумам. Для этого ученые прикладывали к спинам переменное магнитное поле, которое быстро вращало спины и тем самым снижало чувствительность к тепловым и потоковым флуктуациям, являющимся основным источником шума. В качестве классического аналога можно представить себя на карусели в компании с очень шумными, кричащими людьми. Если карусель неподвижна, то вы отчетливо слышите крики, но когда карусель начинает быстро вращаться крик смазывается и до вас доходит меньше шума.
В результате физикам удалось достичь времени когерентности в 22 миллисекунды при включенном магнитном поле, в то время как при выключенном поле оно составляло лишь несколько микросекунд.

Время затухания осцилляций кубита составило 22 миллисекунды при включенном поле и всего несколько микросекунд при выключенном. K. S. Miao, et al. / Science
Интересно, что такой метод применим не только к спиновым кубитам, но и к сверхпроводящим системам и кубитам в дефектах алмаза.
Ранее мы писали, как ученым удалось заставить работать спиновый кубит при температуре выше одного кельвина. А недавно физики впервые провели неразрушающее высокодобротное измерение спинового кубита в квантовой точке.
Автор: Михаил Перельштейн
Источник: https://nplus1.ru/