Теоретичне дослідження показало, що стан певного типу квантового біта — кубіта — можна визначати за електричним струмом, який він генерує сам. Такий підхід потенційно дасть змогу контролювати квантові обчислення з меншим втручанням у роботу системи та без додаткових допоміжних кубітів, які використовують у багатьох сучасних методах вимірювання.
Роботу присвятили андреєвським кубітам. Їхні квантові стани формуються між надпровідними матеріалами — речовинами, що проводять струм без опору. У запропонованій конструкції ключовим елементом є квантова точка в нанодроті з арсеніду індію (InAs), з’єднаному з надпровідниками з обох боків.
Зазвичай вимірювання квантового стану може змінити його та зруйнувати суперпозицію — поєднання станів 0 і 1. Щоб зменшити цей вплив, дослідники часто залучають допоміжну квантову систему, або анцилу, якій передають інформацію від основного кубіта. Це потребує додаткових компонентів і часу.
Команда під керівництвом Жозе Карлоса Еґеса з Інституту фізики Сан-Карлоса Університету Сан-Паулу запропонувала інший підхід. Кубіт розміщують у замкненому надпровідному контурі, де виникає надструм. За розрахунками, суперпозиція квантових станів спричиняє коливання частини цього струму навіть без прикладеної напруги.
Зчитувати сигнал має надчутливий надпровідний квантовий інтерферометр — SQUID. Він виявляє магнітне поле, створене струмом у контурі. Оскільки взаємодія детектора з кубітом дуже слабка, її вплив на квантову систему може бути мінімальним.
Важливо, що параметри струму містять інформацію про початковий стан кубіта. Постійна складова та амплітуда коливань допомагають визначити співвідношення станів 0 і 1, а момент початку коливань — їхню відносну фазу. Отже, аналізуючи струм у часі, можна відновити стан системи та повторно зчитувати його без необхідності щоразу повертати кубіт до початкового стану.
Комп’ютерне моделювання з урахуванням шуму вимірювання та впливу детектора показало точність зчитування 99,52%, 99,81% і 99,85% залежно від кількості вимірювань. Ці показники відповідають поширеним порогам, що застосовуються в схемах квантової корекції помилок.
Результати опубліковано в Physical Review B Letters. У роботі також брав участь Юйґуй Яо з Пекінського технологічного інституту. Водночас запропонований метод поки підтверджений теоретичними розрахунками, а не експериментами. Дослідники вважають, що для його реалізації не обов’язково чекати на появу нових матеріалів або технологій виготовлення пристроїв.