Квантовые компьютеры будущего могут использовать звук вместо света

Постдокторант Чикагской школы молекулярной инженерии Хун Цяо — первый автор новой работы, демонстрирующей детерминированное фазовое управление механическими колебаниями, известными как фононы. Автор: UChicago Pritzker School of Molecular Engineering / Joel Wintermantle

Исследователи из Чикагской школы молекулярной инженерии предложили использовать звук вместо света для передачи данных в квантовых компьютерах. В новой статье, опубликованной в Nature Physics, команда продемонстрировала детерминированное управление фазой фононов — крошечных механических колебаний, которые в большем масштабе считаются звуком.

Этот подход устраняет случайность, присущую фотонным системам, что может дать звуку преимущество перед светом при создании квантовых компьютеров будущего.

«Детерминированный характер нашей фононной платформы предполагает, что она может оказаться лучше для квантовых вычислений, чем фотоны, хотя остается еще много открытых вопросов», — заявил профессор Эндрю Клеланд.

Исследователи смогли детерминированно контролировать фазу фонона, рассеивая его на сверхпроводящем кубите и опосредуя электрическое взаимодействие. Это означает, что они могут передавать данные на основе фононов через квантовый компьютер без случайности, которая по своей природе всегда мешает платформам на основе фотонов.

Теоретически это может привести к системам, столь же быстрым и мощным, как лучшие квантовые компьютеры, но столь же предсказуемым, как ноутбук на вашем столе.

Следующая задача — увеличение времени жизни фононов

Следующей задачей для команды является увеличение времени жизни фононов, чтобы колебания длились достаточно долго для использования в квантовых вычислениях.

«В настоящее время эти фононы имеют время жизни в микросекундном диапазоне, — пояснил Хун Цяо. — Мы хотели бы увеличить время жизни фонона примерно в 100 раз, чтобы он стал полезен для вычислительных задач».

По словам соавтора Чжаою Вана, текущее короткое время жизни ограничивает масштабирование до примерно 10 фононов. Однако сами по себе фононы могут иметь время когерентности до нескольких секунд, что значительно превышает возможности фотонов.

«Фотоны — это электромагнитная волна, поэтому существует множество каналов утечки наружу, — объяснил Ван. — Фононы распадаются при контакте, но они не утекают в вакуум. В принципе, если у вас есть хорошо изолированные фононные резонаторы и вы не контактируете с ними, распада не происходит».

Исследователи надеются решить проблему потерь в будущих работах и создать полностью твердотельные квантовые компьютеры на основе фононов.

Дополнительная информация: Acoustic phonon phase gates with number-resolving phonon detection, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-03027-z.