Ученые увеличили время хранения квантовой информации в 30 раз с помощью звука

Изображение сканирующего электронного микроскопа, показывающее механический осциллятор («камертон») из нового исследования. Золотистые линии обозначают электроды, передающие электрические сигналы между сверхпроводящим кубитом и механическим осциллятором. Автор: Омид Голами

В отличие от классических компьютеров, где информация хранится в битах (0 или 1), квантовые компьютеры используют кубиты, способные находиться в состоянии суперпозиции — одновременно 0 и 1. Это свойство лежит в основе потенциала квантовых вычислений для решения задач, недоступных традиционным компьютерам.

Многие современные квантовые компьютеры работают на основе сверхпроводящих систем, где электроны движутся без сопротивления при сверхнизких температурах. В таких системах кубиты создаются за счет квантовых свойств электронов в специальных резонаторах.

Хотя кубиты эффективны для вычислений, они плохо подходят для хранения квантовых состояний. Ученые давно ищут способы создания «квантовой памяти» для увеличения времени хранения информации.

Группа исследователей из Калифорнийского технологического института (Caltech) предложила гибридный подход, преобразующий электрическую информацию в звуковые волны. Это позволило увеличить время хранения квантовых состояний в 30 раз по сравнению с существующими методами.

Работа, проведенная аспирантами Алкимом Бозкуртом и Омидом Голами под руководством профессора Мохаммада Мирхоссейни, опубликована в журнале Nature Physics.

«Квантовое состояние не всегда нужно использовать сразу. Иногда требуется сохранить его для последующих операций — для этого и нужна квантовая память», — объясняет Мирхоссейни.

Ранее команда показала, что звуковые волны (фононы) могут служить эффективным носителем квантовой информации. В новом исследовании ученые создали сверхпроводящий кубит на чипе, подключив его к механическому осциллятору — миниатюрному «камертону», вибрирующему на гигагерцовых частотах.

Электрические сигналы преобразуются в звуковые колебания, сохраняя квантовую информацию. Измерения показали, что такой метод хранения продлевает «жизнь» квантовых состояний в 30 раз по сравнению с лучшими сверхпроводящими кубитами.

Преимущества звукового подхода:

• Компактность устройств благодаря медленному распространению акустических волн.
• Отсутствие утечек энергии, так как механические колебания не распространяются в свободном пространстве.
• Потенциальная масштабируемость — множество «камертонов» можно разместить на одном чипе.

Мирхоссейни отмечает, что для практического применения в квантовых вычислениях необходимо ускорить передачу данных в систему и из нее. Его группа уже работает над решением этой задачи.

Дополнительная информация: Bozkurt, A.B. et al, A mechanical quantum memory for microwave photons, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02975-w

Источник: Калифорнийский технологический институт