Вчені створили механічний кубіт

Швейцарські фізики створили перший працюючий механічний кубіт. Властивість суперпозиції змогли реалізувати через осциляцію п’єзоелектричного диска. В основі квантових обчислень лежить концепція кубіту — мінімальної одиниці інформації, яка може набувати не лише значень «1» і «0», а й теоретично нескінченну кількість значень між ними. Дослідники вважають, що квантові комп’ютери з урахуванням кубитів зможуть вирішувати недоступні класичним комп’ютерам завдання. 

Хоча з моменту створення концепції квантових обчислень вчені досягли значних успіхів, існуючі технології мають низку обмежень. У процесі роботи електромагнітні кубити генерують багато помилок, їх доводиться виправляти під час і після обчислень. Щобільше, час життя та роботи віртуальних квантових кубітів – частки секунди.

Фізики зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха (ETH Zürich) запропонували альтернативу – механічні кубити. Стаття про концепцію та її тестування опублікована в журналі Science.

Як основа для механічного кубіта вчені використовували п’єзоелектричний диск на сапфіровій підкладці, який працює як механічний резонатор. П’єзоелектричний матеріал змінює форму під впливом електромагнітного поля, внаслідок чого мембрана діє як аналог барабанної. Вона зберігає інформацію у трьох станах: спокою, вібрації та їх суперпозиції. У диску фонони, квазічастинки, що використовуються для опису коливань у квантовій системі, сильно та нелінійно взаємодіють один з одним. Саме на основі їхньої взаємодії і стало можливо зробити кубіт.

До п’єзоелектричної мембрани дослідники приєднали надпровідний кубит, також розміщений на сапфіровій підкладці. Для складання пристрою вченим довелося розробити власну технологію з’єднання компонентів. 

Випробування показали, що механічний кубит має час когерентності, що перевищує показники гібридних і віртуальних кубитів, що застосовуються в інших системах. Експерименти показали, що цей параметр безпосередньо залежить від властивостей надпровідних матеріалів, що використовуються. Більше тривалий час когерентності дозволяє проводити більше операцій без руйнування квантового стану. 

Надалі дослідники планують експериментувати з матеріалами збільшення часу когерентності. Також вони мають намір протестувати механічні кубити у складі квантових логічних елементів, щоб оцінити їхню ефективність у реальних обчислювальних завданнях. Такий підхід може наблизити людство до створення повноцінних квантових комп’ютерів.