Этот новый прорыв в квантовом состоянии может обеспечить более сложные квантовые вычисления и позволит создать «распределенный квантовый интернет. Основной проблемой квантовых вычислений был короткий срок службы памяти или когерентность, хранящаяся в кубитах, квантовой версии бита. В проведеных ранее исследованиях информация могла хранится в кубитах всего микросекунды или миллисекунды.
Новыми исследованиями ученых из Аргоннской национальной лаборатории и Чикагского университета удалось достичь значительных успехов в преодолении общих проблем квантовых систем. Они смогли считывать свой кубит по запросу, а затем сохранять квантовое состояние неповрежденным более пяти секунд — это новый рекорд для данного класса устройств.
Сохранение квантовой информации в таких значительных временных масштабах – значительное достижение, ведь пяти секунд достаточно, чтобы отправить сигнал со скоростью света на Луну и обратно. Это очень важно при передаче информации от кубита через свет. То есть свет по-прежнему будет правильно отражать состояние кубита даже после того, как он облетит Землю почти 40 раз, что важно для создания распределенного квантового интернета.
Вместо этого исследователи использовали тщательно разработанные лазерные импульсы, чтобы добавить один электрон к своему кубиту в зависимости от его начального квантового состояния, будь то ноль или единица. Затем кубит считывается так же, как и раньше — лазером. Только теперь испускаемый свет отражает отсутствие или присутствие электрона и почти в 10 000 раз больше направленного сигнала.
А преобразовывая хрупкое квантовое состояние в стабильные электронные заряды можно гораздо проще измерить данное состояние кубита. Таким образом благодаря этому усилению сигнала можно получить достоверную информацию каждый раз, когда проверяется в каком состоянии находится кубит. Этот тип измерения называется «однократным считыванием», и с его помощью можно открыть множество полезных квантовых технологий.
Чтобы уменьшить проблему фонового шума, исследователи сделали свои кубиты из высокоочищенных образцов карбида кремния, материала, который широко используется в электронике, а это означает, что его легко масштабировать.
Увеличение времени когерентности имеет важные последствия, например, насколько сложна операция, которую может выполнять будущий квантовый компьютер, или насколько слабый сигнал может обнаружить квантовый датчик.
Так новое рекордное время означает, что можно выполнить более 100 миллионов квантовых операций, прежде чем состояние будет зашифровано.
Ученые видят множество потенциальных применений разработанных ими методов, поскольку возможность выполнять однократное считывание открывает новые перспективы использования света, излучаемого кубитами из карбида кремния, для разработки будущего квантового интернета.
Кроме того, теперь могут быть выполнены важные операции, такие как квантовая запутанность, когда квантовое состояние одного кубита можно узнать, считывая состояние другого. А значит теперь появляется возможность создать новое поколение устройств, чувствительных к одиночным электронам, но также принимающих квантовые состояния. Карбид кремния может делать и то, и другое.
Это значительный прорыв, который может расширить возможности квантовых машин, позволяя им выполнять более сложные операции и повысит возможности будущих квантовых датчиков.
