Квантовые компьютеры способны решать задачи, недоступные обычным машинам — от разработки лекарств до криптографии. Однако их развитие сдерживается серьезной проблемой — декогеренцией: квантовые биты, или кубиты, теряют информацию из-за взаимодействия с окружением. Даже незначительные электромагнитные помехи могут разрушить хрупкие квантовые состояния, необходимые для вычислений.
Специалисты Технического университета Чалмерса в Швеции представили новую теоретическую концепцию квантовых систем на основе так называемых «гигантских суператомов». «Квантовые системы чрезвычайно мощны, но при этом крайне хрупки. Ключ к их практическому применению — научиться контролировать их взаимодействие с окружающей средой», — говорит соавтор работы, постдокторант в области прикладных квантовых технологий Лэй Ду.
Гигантские суператомы объединяют две ранее независимые идеи квантовой физики: гигантские атомы и суператомы. Впервые эти концепции соединены в единую систему. Такие структуры ведут себя как атомы, но не существуют в природе — их создают ученые.
Идея гигантских атомов была впервые предложена специалистами Чалмерса более десяти лет назад. Гигантский атом обычно представляет собой кубит, который соединяется со световыми или звуковыми волнами в нескольких физически разделенных точках. Это позволяет ему одновременно взаимодействовать с окружением в разных местах, помогая сохранять квантовую информацию.
«Волны, покидающие одну точку соединения, могут распространяться через окружающую среду и возвращаться, влияя на атом в другой точке — это похоже на то, как вы слышите эхо собственного голоса, еще не закончив говорить. Это самовзаимодействие приводит к чрезвычайно полезным квантовым эффектам, снижает декогеренцию и дает системе своего рода память о прошлых взаимодействиях», — объясняет соавтор исследования, доцент прикладной квантовой физики Антон Фриск Кокум.
Несмотря на успехи, гигантские атомы имели ограничения в создании квантовой запутанности — явления, когда несколько кубитов разделяют общее квантовое состояние и действуют как единая скоординированная система. Чтобы преодолеть это, команда объединила гигантские атомы с концепцией суператомов — групп обычных атомов, которые ведут себя коллективно как один большой атом.
«Гигантский суператом можно представить как несколько гигантских атомов, работающих вместе как единое целое, демонстрируя нелокальное взаимодействие между светом и материей. Такой подход позволяет хранить и контролировать квантовую информацию от нескольких кубитов внутри одной единицы, без необходимости во все более сложных окружающих схемах», — поясняет Лэй Ду.
Ранее физики впервые обнаружили пары атомов, существующие одновременно в двух местах.
Источник: hi-tech.mail.ru