Физики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) предложили использовать механические кубиты на основе вибрации сапфирового стекла для квантовых вычислений.
Существующие технологии электромагнитных кубитов имеют ряд ограничений, в том числе они генерируют много ошибок, которые приходится исправлять и во время и после вычислений. Время жизни и работы таких кубитов составляет доли секунды.
В качестве основы для механического кубита ученые использовали пьезоэлектрический диск на сапфировой подложке. Он работает как механический резонатор. Пьезоэлектрический материал меняет форму под воздействием электромагнитного поля, а мембрана действует по аналогии с барабанной. Она хранит информацию в трёх состояниях: покоя, вибрации и их суперпозиции.
В диске фононы или квазичастицы, используемые для описания колебаний в квантовой системе, сильно и нелинейно взаимодействуют друг с другом. Именно на основе их взаимодействия и стало возможно сделать кубит.
К пьезоэлектрической мембране исследователи присоединили сверхпроводящий кубит также на сапфировой подложке. Для этого им пришлось разработать собственную технологию соединения компонентов.
В ходе испытаний выяснилось, что механический кубит обладает временем когерентности, превышающим показатели гибридных и виртуальных кубитов, применяемых в других системах. Этот параметр напрямую зависит от свойств используемых сверхпроводящих материалов. Более длительное время когерентности позволяет проводить больше операций без разрушения квантового состояния.
«В течение многих лет люди думали, что невозможно создать кубит из механической системы», — говорит Адриан Бахтольд, физик в Институте фотонных наук, который не принимал участия в работе. Стефан Дюрр, квантовый физик в Институте квантовой оптики Макса Планка, отмечает, что результат «открывает новую систему», которую можно использовать в других экспериментах — и, возможно, для исследования интерфейса квантовой механики и гравитации.
Точность механического кубита — мера того, насколько хорошо экспериментаторы могут устанавливать желаемое ими состояние — составляет всего 60% по сравнению с более чем 99% для существующих лучших версий кубитов.
Однако Дюрр считает, что механический кубит может служить сверхчувствительным зондом для таких сил, как гравитация, которые не влияют на другие кубиты. Исследователи ETHZ надеются продвинуть свою демонстрацию на шаг дальше, используя два механических кубита для выполнения простых логических операций.
В дальнейшем они также планируют экспериментировать с материалами для увеличения времени когерентности.
Ранее в Microsoft рассказали о работе сервиса Azure Quantum Cloud, а также продемонстрировали логические операции с использованием самого большого количества кубитов с коррекцией ошибок.
Источник новости: habr.com
