Квантовые компьютеры, способные, в потенциале, решать сложнейшие вычислительные задачи, используют в качестве единиц информации кубиты. До сих пор они были виртуальными, но швейцарские ученые создали первые полностью рабочие механические кубиты. Эти системы сочетают свойства механического осциллятора и сверхпроводящего кубита и не требуют для сохранения целостности информации дополнительного защитного слоя. Вдобавок, у них более долгий срок жизни.
Большинство современных квантовых компьютеров хранят данные мельчайшие единицы информации в суперпозиции двух электронных состояний, например, двух разных уровней электрического заряда. Однако у электромагнитных кубитов срок жизни, или период когеретности, меньше. Это ограничивает их применимость. В поисках более долговечных решений исследователи обратили внимание на механические кубиты, использующие суперпозиции колебательных состояний. Теоретически, они способны обладать большим сроком когерентности по сравнению с электромагнитными кубитами, но обладали и рядом недостатков.
Во-первых, существует проблема энергетических состояний. Электромагнитный кубит ведет себя «ангармонически», что позволяет использовать его в качестве носителя информации. А механический резонатор действует гармонически: уровни энергии между его колебательными состояниями распределены равномерно, так что сделать из него одного кубит невозможно.
Решение этой проблему у ученых из Высшей технической школы Цюриха уже было, https://spectrum.ieee.org/mechanical-qubit Spectrum. Если соединить механические резонаторы с ангармоническим компонентом, например, электромагнитным кубитом, получившийся гибрид тоже будет вести себя ангармонически. Это позволяет, к тому же, намного увеличить срок жизни кубита по сравнению со сверхпроводящим вариантом.
Однако время когерентности получившегося гибрида все равно небольшое. Чтобы увеличить его, ученые изготовили пьезоэлектрический диск на сапфировой пластине в качестве механического резонатора и соединили его со сверхпроводящим кубитом на отдельном сапфировом чипе в качестве ангармонического компонента. Такое устройство не только продемонстрировало повышенное время когерентности, но и помогло продлить ангармоническое поведение благодаря близким частотам механических и сверхпроводящих компонентов.
Время когерентности прототипа намного меньше, чем у рекордных сверхпроводящих кубитов (около 1 мс). Но все же, если сравнивать его со средними представителями этого типа кубитов, то у механического будет преимущество: около 200 микросекунд против примерно 100 мкс. Разработчики убеждены, что смогут значительно увеличить этот показатель.
Весной ученые из Швейцарии https://hightech.plus/2024/05/07/eksperiment-otkril-put-k-mi... о достижении первого управляемого взаимодействия двух спиновых кубитов в привычном кремниевом транзисторе. Этот успех открывает возможность интеграции миллионов таких кубитов на микрочипе с помощью хорошо отлаженных производственных процессов.
