Физики создали первый неразрывный кубит

Физики из России, Великобритании и Германии смогли создать аналог традиционного кубита на джозефсоновских переходах, но только без разрывов, используемых для реализации эффекта туннелирования электронов. Роль таких разрывов в новом кубите играют особо тонкие нанопроволоки. Устройство имеет ряд преимуществ перед всеми существующими кубитами.

Кубиты («квантовые биты») — элементная база для крайне перспективных квантовых компьютеров — используют так называемые джозефсоновские переходы. Это небольшие разрывы в полосках сверхпроводников, перекрытые особо тонким слоем диэлектриков. Электроны в таких контактах все же могут преодолеть барьер диэлектрика, причем делают это управляемо — тогда, когда к кубиту прилагают определенное магнитное поле.

В новой работе используются сплошные, неразрывные сверхпроводящие полоски. В местах, где в джозефсоновских переходах обычно находятся разрывы и слой диэлектрика, в новой конструкции их замещают нанопроволоки из того же сверхпроводника, только толщиной до 4 нанометров.

Чтобы заставить кубит работать, то есть управляемо запускать и отключать квантовое туннелирование электронов через такие «тонкие места», используется эффект квантового проскальзывания фазы. Так называют контролируемое периодическое разрушение и восстановление сверхпроводимости в сверхтонкой проволоке. Обычно она, хотя и состоит из сверхпроводящего материала, не обладает сверхпроводимостью (из-за слишком малого диаметра) и имеет довольно большое сопротивление. Однако, приложив к этому «тонкому месту» электрическое поле, можно поменять его электрический заряд и сделать временно сверхпроводящим. Таким образом, новый кубит управляется не магнитным полем, как традиционные, а электрическим.

Полученное устройство фактически является электрометром — оно реагирует на заряд, наведенный на тоненький «островок» сверхпроводника, с высочайшей точностью. Сейчас в Карлсруэ (Германия) авторы работы экспериментально исследуют свойства кубитов на принципе проскальзывания фазы, и они демонстрируют там очень многообещающие результаты.

Дело в том, что ключевой проблемой кубитов и квантовых компьютеров сегодня является то, что состояние квантовой когерентности (время, на протяжении которого кубит непрерывно сохраняет квантовые свойства в рабочем режиме) очень невелико — доли секунд. На такой шаткой основе трудно строить новую компьютерную индустрию. У новинки время сохранения когерентности на удивление высокое. Пока оно не сильно больше, чем в традиционных кубитах, но, как отмечают авторы, они только начали работать c этим новым типом кубита, и есть шанс, что по мере продвижения исследований время сохранение когерентности будет существенно большим, чем у существующих аналогов.

Статья опубликована в Nature Physics
Источник: chrdk.ru