Квантовые компьютеры полезны для нас только тогда, когда мы знаем, как состояния электронов соотносятся друг с другом.
Но добраться до состояния, в котором эта взаимосвязь известна — «квантовой когерентности» — чрезвычайно сложно и дорого. Это может скоро измениться благодаря новому открытию.
Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Science, группа ученых из Чикагского университета придумала способ сохранить квантовую компьютерную систему «согласованной» (или: работоспособной) в 10 000 раз дольше, чем раньше.
Ученые утверждают, что их решение может быть применено к любой другой квантовой системе и может в конечном итоге произвести революцию в этой области.
«Этот прорыв закладывает основу для новых захватывающих направлений исследований в квантовой науке», — говорится в заявлении ведущего автора Дэвида Авшалома, старшего научного сотрудника Аргоннской национальной лаборатории. «Широкая применимость этого открытия в сочетании с удивительно простой реализацией позволяет этой надежной согласованности влиять на многие аспекты квантовой инженерии».
Квантовые компьютеры очень трудно держать под контролем. На квантовом уровне кубиты, квантовый эквивалент двоичных битов, подвержены влиянию окружения. Все, от вибрации до перепадов температуры, может вывести систему из строя.
До сих пор решение заключалось в том, чтобы физически изолировать систему от этого шума — или повысить чистоту материалов, используемых в строительстве. Оба решения крайне непрактичны и могут оказаться чрезвычайно дорогими.
Новое решение, намного проще.
«При таком подходе мы не пытаемся устранить шум в окрестностях; вместо этого мы «обманываем» систему, заставляя думать, что она не испытывает шума», — говорится в заявлении первого автора Кевина Мяо, научного сотрудника Калифорнийского университета в Чикаго.
Ученые использовали как электромагнитные импульсы, так и непрерывное переменное магнитное поле, чтобы держать квантовую систему под контролем. Затем настроили это магнитное поле таким образом, чтобы остальной шум просто отключался.
«Это все равно, что кататься на карусели, а вокруг вас кричат люди», — пояснил Мяо в заявлении. «Когда поездка неподвижна, вы их прекрасно слышите, но если вы быстро вращаетесь, шум размывается на фоне».
В результате применения новой техники квантовая система оставалась «когерентной» или работоспособной в течение 22 миллисекунд. Это может показаться очень коротким промежутком времени, но это примерно в 10 000 раз дольше, чем у предыдущих систем.
Новая технология, по мнению ученых, позволит более легко масштабировать будущие квантовые машины и сделает хранение информации более практичным. Это также может позволить передавать информацию через квантовые информационные сети на большие расстояния.
