Учёные создали квантовую память на звуковых волнах с рекордным временем хранения

Учёные из Калифорнийского технологического института создали гибридную квантовую память, которая преобразует данные кубитов в звук, позволяя им сохраняться до 30 раз дольше, чем в современных сверхпроводящих системах. Credit: Shutterstock

Исследователи из Калифорнийского технологического института разработали гибридный подход к созданию квантовой памяти, который позволяет преобразовывать электрическую информацию в звук. Это позволяет квантовым состояниям из сверхпроводящих кубитов сохраняться в памяти в течение периода, в 30 раз превышающего другие методы.

Новая работа, проведённая под руководством аспирантов Алким Бозкурт и Омид Голами под руководством Мохаммада Мирхоссейни, доцента электротехники и прикладной физики, была опубликована в журнале Nature Physics.

«Как только у вас есть квантовое состояние, вы можете не захотеть делать с ним что-то немедленно, — объясняет Мирхоссейни. — Вам нужен способ вернуться к нему, когда вы захотите выполнить логическую операцию. Для этого вам нужна квантовая память».

Ранее группа Мирхоссейни показала, что звук, в частности фононы (отдельные частицы вибрации, подобно тому как фотоны являются частицами света), может предоставить удобный метод хранения квантовой информации. Устройства, которые они тестировали в классических экспериментах, казались идеальными для соединения со сверхпроводящими кубитами, поскольку они работали на тех же чрезвычайно высоких гигагерцовых частотах и хорошо функционировали при низких температурах, необходимых для сохранения квантовых состояний.

Исследователи создали сверхпроводящий кубит на чипе и подключили его к механическому осциллятору — миниатюрному камертону, состоящему из гибких пластин, вибрирующих звуковыми волнами на гигагерцовых частотах. Когда на эти пластины помещается электрический заряд, они могут взаимодействовать с электрическими сигналами, несущими квантовую информацию.

«Оказывается, эти осцилляторы имеют время жизни примерно в 30 раз больше, чем лучшие сверхпроводящие кубиты», — заявил Мирхоссейни.

Этот метод создания квантовой памяти предлагает несколько преимуществ по сравнению с предыдущими стратегиями. Акустические волны распространяются гораздо медленнее электромагнитных, что позволяет создавать более компактные устройства. Кроме того, механические вибрации, в отличие от электромагнитных волн, не распространяются в свободном пространстве, что означает, что энергия не утекает из системы.

Мирхоссейни отмечает, что для того, чтобы эта платформа стала действительно полезной для квантовых вычислений, необходимо найти способы увеличения скорости взаимодействия в 3-10 раз по сравнению с текущей системой. К счастью, у его группы есть идеи, как это можно сделать.

Исследование было поддержано финансированием от Управления научных исследований ВВС и Национального научного фонда.