Физики из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона нашли новый способ защиты квантовой информации: защитить ее с помощью звука. Устойчивый поток звуковых волн может уберечь хрупкий кубит от окружающего шума, почти утраивая время, в течение которого он хранит свои данные.
Почему кубиты теряют память
Кубиты — это строительные блоки будущих квантовых компьютеров. Они хранят информацию в деликатных квантовых состояниях, которые легко нарушить. Тепло, stray электромагнитные поля и повседневные вибрации заставляют кубиты быстро терять данные — проблема, известная как декогеренция. Поддержание стабильности кубита достаточно долго для выполнения вычислений — одна из самых сложных задач в этой области.
Звуковой щит для хрупких квантовых состояний
Команда Гарварда выбрала другой подход. Вместо того чтобы пытаться блокировать шум, они использовали механические вибрации — звуковые волны — чтобы «одеть» кубит и защитить его от окружения. В экспериментах, описанных в Nature Physics, звуковой щит почти утроил время, в течение которого кубит удерживал информацию.
В связанной демонстрации группа из Корнелла применила полностью механическую защиту когерентности к спину кремний-вакансии в алмазе. Поскольку защита механическая, а не электрическая, она избегает электромагнитных помех, которые часто нарушают квантовые системы. Звуковые волны также можно направлять на чипе, что делает метод практичным для реальных устройств.
Что дальше
Результаты указывают на звуковые квантовые сети, построенные на чипах, и на гибридные системы, сочетающие несколько типов квантовых технологий в одном устройстве. Исследователи говорят, что метод проще многих существующих схем защиты и может быть с ними объединен. Создание надежных квантовых компьютеров займет еще годы, но кубиты со звуковой защитой устраняют еще одно препятствие на этом пути.
Звуковая защита также имеет практическое преимущество: акустические сигналы можно направлять по крошечным каналам на чипе, поэтому ту же технологию производства, что используется для современной микроэлектроники, можно адаптировать для квантовых устройств. Команды Гарварда и Корнелла говорят, что следующий шаг — испытать подход на более крупных массивах кубитов, где шум и помехи умножаются.