Физики достигли значительного прорыва в разработке надежных квантовых компьютеров: им впервые удалось сделать доступными для считывания так называемые майорановские кубиты.
Майорановские кубиты рассматриваются как одни из самых многообещающих вариантов для квантовых вычислений, но до недавнего времени они оставались фактически недоступными. Главным достоинством этих частиц является их уникальный способ хранения информации.
«Топологические кубиты — это как сейфы для квантовой информации, — поясняет соавтор нового исследования, специалист Испанского национального исследовательского совета Рамон Агуадо. — Однако вместо хранения данных в конкретном месте, они распределяют их нелокально между парой уникальных состояний, известных как майорановские нулевые моды».
Именно это свойство делает такие кубиты ценными: они устойчивы к локальным помехам, которые обычно уничтожают квантовую информацию. Чтобы повредить данные, хранящиеся на майорановских кубитах, сбой должен затронуть всю систему целиком. Однако это же преимущество стало основной экспериментальной проблемой. «Как прочитать или обнаружить свойство, которое не находится ни в какой конкретной точке?» — формулирует парадокс Агуадо.
Для решения этой задачи международная команда физиков разработала модульную наноструктуру, собранную из мелких элементов, подобно конструктору Лего. Она называется минимальной цепочкой Китаева и состоит из двух полупроводниковых квантовых точек, связанных через сверхпроводник. Такой подход позволяет контролируемо создавать майорановские моды, а не действовать вслепую, комбинируя материалы.
Затем ученые внедрили новую методику — измерение квантовой емкости. Она функционирует как глобальный зонд, чувствительный к общему состоянию системы. С ее помощью впервые удалось в реальном времени и за одно измерение определить, является ли нелокальное квантовое состояние четным или нечетным — то есть «заполненным» или «пустым». Это и есть основа кубита.
«Эксперимент подтвердил известный нам принцип защиты: локальные измерения заряда не могут зафиксировать эту информацию, в то время как глобальный зонд легко ее распознает», — подчеркивает соавтор работы Горм Стеффенсен. Еще одним значимым достижением стало наблюдение случайных скачков четности, что позволило оценить время когерентности — оно превысило одну миллисекунду. Это многообещающий показатель для будущих операций с топологическими кубитами.
Фото: hi-tech.mail.ru