Физики из России и Британии создают "звуковой" квантовый компьютер
Российские и британские ученые выяснили, что кубиты, квантовые ячейки памяти, могут взаимодействовать с акустическими волнами, что позволяет использовать их для передачи информации в квантовом компьютере. Их выводы были представлены в журнале Physical Review Letters.
"Нам удалось показать, что искусственные атомы могут взаимодействовать с источниками поверхностных акустических волн. Они могут стать основой миниатюрных квантовых вычислительных приборов благодаря тому, что длина этих колебаний на пять порядков меньше, чем у их электромагнитных аналогов", - пишут Олег Астафьев из Московского Физтеха в Долгопрудном и его коллеги из ряда других российских вузов.
Астафьев, сотрудники его лаборатории и зарубежные коллеги уже долгое время работают над созданием кубитов на базе сверхпроводниковых материалов и так называемых переходов или контактов Джозефсона, представляющих собой два кусочка сверхпроводника, разделенных тонким слоем изолирующего материала.
Кубиты, построенные из нескольких джозефсоновских контактов, ведут себя как искусственные аналоги реальных атомов. Они могут находиться в основном и возбужденном состоянии, излучать и поглощать фотоны, а также исполнять другие физические "трюки", характерные для водорода, кислорода и других "кирпичиков", из которых сложен окружающий нас мир.
Сегодня, как рассказывают Астафьев и его коллеги, ученые используют приемники и излучатели микроволнового излучения для того, чтобы считывать и записывать информацию в сверхпроводящие кубиты.
Благодаря достаточно большой длине волны, равной примерно сантиметру, подобные приборы нельзя сделать компактными и ужать до размеров, пригодных для их "имплантации" внутрь чипов. Вдобавок, эти же ограничения не позволяют поместить внутри одного такого считывателя квантовых данных сразу несколько кубитов, взаимодействующих с разными типами волн.
Все эти проблемы, как заметили британские и российские ученые, можно решить, если заменить микроволновое излучение на другой, более удобный источник колебаний - обычные акустические волны. Их длина на несколько порядков меньше, что позволяет создавать более качественные и миниатюрные "клетки" для кубитов, в которые, к тому же, можно помещать сразу несколько искусственных атомов на базе переходов Джозефсона.
Руководствуясь этой идеей, Астафьев и его коллеги создали устройство, которое позволяет осуществлять подобные "акустические" квантовые операции, поместив кубит между двумя акустическими "зеркалами" и генераторами поверхностных звуковых волн.
Эти устройства, как объясняют ученые, преобразуют колебания переменного электрического тока в звуковые волны, "гуляющие" по поверхности пластины, к которой были прикреплены зеркала и кубит, и взаимодействующие с ним. Одно из них служит источником подобных волн, а второе - считывает их и извлекает информацию о состоянии кубита из них.
Охладив всю эту конструкцию до температур, близких к абсолютному нулю, ученые проверили, смогут ли звуковые волны "уловить" квантовую природу колебаний, возникающих внутри кубита. Их замеры показали, что подобная установка может и считывать, и записывать информацию внутрь кубитов, не мешая их работе, что позволяет им оставаться стабильными очень долгое время.
Все это, как отмечают ученые, позволяет в принципе заменить все электромагнитные части квантовых вычислительных систем на их акустические аналоги, что уменьшит их размеры и, возможно, сделает квантовые компьютеры более стабильными и просто устроенными.
