Квантовые компьютеры обрабатывают информацию принципиально иначе, чем обычные, используя квантовые биты, или кубиты, которые могут существовать в нескольких состояниях одновременно.
Основой квантовых компьютеров являются кубиты, которые могут находиться сразу в нескольких состояниях. Но чтобы получить от такого процессора полезный ответ, нужно уметь быстро и надежно измерять состояние каждого кубита. Именно эта процедура остается одним из ключевых «узких мест» в квантовых технологиях.
Одна из ведущих технологий в этой сфере на сегодняшний день — сверхпроводниковые квантовые компьютеры, которые работают при сверхнизких температурах. В них состояние кубитов считывают с помощью микроволновых резонаторов, к которым кубиты подключены через конденсатор. Такая схема позволяет измерять кубиты, но имеет серьезный минус: из‑за связи через конденсатор кубит и резонатор частично «смешиваются». Это увеличивает риск того, что во время измерения кубит потеряет информацию или самопроизвольно сменит состояние.
Ученые под руководством Паскуале Скарлино из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и Александра Блэ из Университета Шербрука предложили более простую и эффективную архитектуру считывания, которая снижает эти риски. «Это важный результат, демонстрирующий новый, более эффективный и быстрый способ измерения сверхпроводниковых кубитов‑трансмонов», — отмечает Скарлино.
Сверхпроводящий кубит (крестик), соединенный со своим считывающим резонатором (вверху) через джозефсоновский переход (красный) и конденсатор (синий).Вместо того чтобы соединять кубит с резонатором только конденсатором, ученые добавили параллельно Джозефсонов переход — тонкий слой обычного (несверхпроводящего) материала между двумя слоями сверхпроводника. Благодаря квантовому туннелированию такой переход ведет себя как нелинейный электрический элемент и эта технология уже давно используется в квантовой электронике.
В новом устройстве Джозефсонов переход формирует другой тип взаимодействия кубита с резонатором и встроенно защищает от одного из основных механизмов потери информации при измерении. Это позволяет использовать более сильный зондирующий сигнал и лучше и чище различать отклики состояний логического нуля и единицы.
В экспериментах физикам удалось правильно определить состояние кубита в 99,4% случаев, затрачивая на одно измерение всего 68 наносекунд. Так называемая «ненарушающая» (квантовая недемонстрационная) точность составила 98,4%: практически всегда после измерения кубит оставался в том же состоянии, в котором был до него. Эти результаты хорошо совпали с теорией, совместно разработанной учеными.
Оптическая микрофотография устройства, содержащего четыре пары кубит-резонатор, соединенных с общей линией питания.Важное преимущество новой схемы — ее простота. Она позволяет обходиться без двух компонентов, обычно входящих в сложные системы считывания: фильтров Перселла и почти квантово‑ограниченных усилителей. Это уменьшает размер и сложность установки, число элементов, которые нужно изготавливать и настраивать, и при этом остается совместимым с мультиплексированным считыванием, когда сразу несколько кубитов измеряются через один канал.
Авторы считают, что их подход обеспечивет редкое сочетание: быстрое, высокоточное измерение и более компактное «железо». Это делает такую архитектуру перспективным кандидатом для будущих сверхпроводниковых квантовых процессоров и масштабируемых систем считывания.
Ранее ученые обнаружили удивительный квантовый эффект, который резко увеличивает передачу энергии.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
