Учёные из японского исследовательского института RIKEN сообщили о возможном прорыве в одной из перспективных технологий для квантовых компьютеров — системах на основе электронов, левитирующих над поверхностью жидкого гелия. Работа, результаты которой опубликованы в журнале Physical Review Letters, посвящена задаче считывания квантовой информации, закодированной в таких необычных кубитах.
Современные вычислительные устройства оперируют классическими битами, однако для квантовых компьютеров до сих пор не существует универсального стандарта кодирования кубитов. В мире параллельно развиваются несколько платформ, включая сверхпроводящие схемы, кремниевые структуры, фотонные системы и захваченные ионы. На этом фоне особый интерес вызывает идея использования одиночных электронов, удерживаемых над жидким гелием при температурах, близких к абсолютному нулю.
Главным достоинством такой системы считается исключительно «чистая» среда. Электрон фактически находится в вакууме, а рядом с ним присутствуют лишь инертные атомы гелия, которые практически не влияют на его квантовое состояние. По словам исследователей, это позволяет сохранять квантовую информацию значительно дольше, чем в более шумных физических средах, где на кубиты воздействуют посторонние магнитные и электрические возмущения.
Ключевой проблемой оставалось считывание информации. Магнитный момент электрона слишком мал, чтобы напрямую измерять его спиновое состояние. Поэтому команда RIKEN сосредоточилась на косвенном подходе, основанном на регистрации переходов электрона между энергетическими уровнями. Речь идёт о так называемом ридберговском состоянии, в которое электрон переходит при поглощении энергии.
В ходе эксперимента учёные использовали около десяти миллионов электронов, парящих над жидким гелием, сформировав систему, работающую как своеобразный конденсатор. При переходе электронов в ридберговское состояние менялась квантовая ёмкость системы, что удавалось фиксировать по сдвигам микроволновой частоты. Эти изменения стали индикатором квантового состояния электронов.
Хотя для практического применения установку предстоит уменьшить примерно в десять тысяч раз, исследователи считают полученные результаты принципиально важными. Эксперимент показал, что даже сигнал от одного электрона в миниатюрном устройстве должен быть различимым. По мнению авторов работы, микроволновое измерение квантовой ёмкости может стать эффективным инструментом для считывания информации в будущих квантовых компьютерах на основе электронов над гелием.
Читайте также:
Источник: rutab.net