Fizycy z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences znaleźli nowy sposób ochrony informacji kwantowej: osłonę dźwiękową. Stały strumień fal dźwiękowych może chronić delikatny kubit kwantowy przed otaczającym go szumem, prawie potrajając czas przechowywania danych.
Dlaczego kubity tracą pamięć
Kubity są elementami składowymi przyszłych komputerów kwantowych. Przechowują informacje w delikatnych stanach kwantowych, które łatwo zakłócić. Ciepło, przypadkowe pola elektromagnetyczne i codzienne wibracje powodują, że kubity szybko tracą dane – problem znany jako dekoherencja. Utrzymanie stabilności kubitu na tyle długo, aby przeprowadzić obliczenia, jest jednym z najtrudniejszych wyzwań w tej dziedzinie.
Dźwiękowa osłona dla delikatnych stanów kwantowych
Zespół z Harvardu przyjął inne podejście. Zamiast blokować szum, wykorzystali mechaniczne wibracje – fale dźwiękowe – do „ubrania" kubitu i ochrony go przed otoczeniem. W eksperymentach opisanych w Nature Physics osłona dźwiękowa prawie potroiła czas przechowywania informacji przez kubit.
W powiązanej demonstracji grupa z Cornell zastosowała w pełni mechaniczną ochronę spójności dla spinu krzemowo-wakansowego w diamencie. Ponieważ ochrona jest mechaniczna, a nie elektryczna, unika zakłóceń elektromagnetycznych, które często zaburzają systemy kwantowe. Fale dźwiękowe można również kierować na chipie, co czyni metodę praktyczną dla rzeczywistych urządzeń.
Co dalej
Wyniki wskazują na oparte na dźwięku sieci kwantowe budowane na chipach oraz na systemy hybrydowe łączące kilka typów technologii kwantowej w jednym urządzeniu. Naukowcy twierdzą, że metoda jest prostsza niż wiele istniejących schematów ochrony i można ją z nimi łączyć. Zbudowanie niezawodnych komputerów kwantowych zajmie jeszcze lata, ale kubity chronione dźwiękiem usuwają kolejną przeszkodę na tej drodze.
Ochrona oparta na dźwięku ma również praktyczną przewagę: sygnały akustyczne można prowadzić wzdłuż maleńkich kanałów na chipie, więc tę samą technologię produkcji, która jest używana do dzisiejszej mikroelektroniki, można zaadaptować do urządzeń kwantowych. Zespoły z Harvardu i Cornell twierdzą, że kolejnym krokiem jest przetestowanie podejścia w większych układach kubitów, gdzie szum i zakłócenia się mnożą.