Ученые из Йельского университета (CША) установили верность теоретического предположения, сделанного 50 лет назад и до настоящего времени не подтвержденного. Это позволило им увеличить время хранения энергии квантового переключателя на несколько порядков. Отчет о результатах их исследования появился в номережурнала Nature от 17 апреля. Высококачественные квантовые переключатели необходимы для развития квантовых компьютеров и квантового интернета – инновационных технологий, которые обеспечат значительный рост скорости и мощности обработки информации, повысят безопасности ее передачи по сравнению с обычными цифровыми компьютерами.
«Снижение диссипации является одной из основных целей эволюции квантового оборудования, – говорит Иоан Поп (Ioan Pop), доктор наук в области прикладной физики, научный сотрудник Йельского университета и один из основных авторов исследования. – Квантовый переключатель должен работать реверсивно, без потерь энергии. Полученные нами результаты весьма полезны для использования сверхпроводящих квантовых битов в качестве переключателей».
Сверхпроводящие квантовые биты или кубиты являются искусственными атомами, представляющими информацию в квантовых системах. Они также управляют этой информацией благодаря изменениям собственных состояний, которые происходят под воздействием других кубитов: кубиты могут находиться в состоянии «0», «1» или в обоих этих состояниях одновременно. Вместе с тем, при изменении состояний они обычно теряют энергию, что приводит к потерям информации.
В своем эксперименте ученые продемонстрировали, что один вид сверхпроводящих квантовых битов не подвержен диссипации в присутствии квазичастицы – микроскопического объекта, который обычно вытягивает энергию из кубита.
«Мы создали систему, которая не подвержена диссипации, вызванной квазичастицами», – говорит Поп.
В качестве кубита ученые использовали искусственный атом флуксония.
Благодаря непосредственным измерениям эксперимент подтвердил теоретическое предположение, сделанное в 1960-ых лауреатом Нобелевской премии, британским физиком Брайаном Джозефсоном (Brian Josephson), которое заключалось в том, что диссипация квазичастиц не будет происходить при определенных условиях. Соединения Джозефсона представляют собой сверхпроводящие устройства, обладающие свойствами, которые хорошо подходят для создания квантовых обрабатывающих систем.
По словам ученых, их результаты знаменуют новую веху в научных сферах, связанных с квантовой информацией и квантовыми измерениями, открыв способы создания квантовых систем, не подверженных диссипации, а также разработав специальное устройство, которое может использоваться для оценки свойств квазичастиц, понимания их происхождения и динамики.