ТАСС, 3 марта. Ученые создали квантовый датчик, который может подавлять помехи, мешающие работе вычислительных блоков и ячеек памяти сверхпроводниковых квантовых компьютеров. Статью с описанием разработки опубликовал научный журнал npj Quantum Information, кратко об этом пишет пресс-служба НИТУ "МИСиС".
"Предложенный нами подход по обнаружению двухуровневых дефектов может стать важным инструментом в поисках новых сверхпроводящих материалов с низким уровнем потерь. Они критически важны для дальнейшего развития сверхпроводящих квантовых процессоров, работе которых подобные дефекты особенно сильно мешают", – пишут исследователи.
Квантовыми компьютерами называют вычислительные устройства, в основе работы которых лежат принципы квантовой механики. В отличие от обычных компьютеров, в которых для передачи и обработки данных используются биты – единицы информации, которые содержат либо 1, либо 0, квантовые компьютеры оперируют кубитами – ячейками памяти и примитивными вычислительными модулями, которые могут хранить в себе одновременно и ноль, и единицу. Благодаря этому квантовые компьютеры могут обрабатывать большие объемы информации во много раз быстрее обычных – даже если это суперкомпьютеры с огромными вычислительными мощностями.
Как правило, кубиты могут находиться в подобном состоянии ограниченное время, так как случайные взаимодействия с объектами окружающего мира могут разрушить состояние, в котором они находятся, и разорвать связи, которые объединяют их с соседними квантовыми ячейками памяти. Ученые уже много лет пытаются продлить время существования кубитов, изолируя их от окружающей среды различными способами.
Физики под руководством профессора НИТУ "МИСиС" и Технологического института Карлсруэ (Германия) Алексея Устинова сделала большой шаг к решению одной из самых больших проблем, которая мешает длительной работе сверхпроводниковых кубитов.
Подавление квантовых помех
Почти все существующие структуры такого рода представляют собой так называемые переходы Джозефсона. Так называют микроскопический разрыв в сверхпроводящей цепи, заполненный диэлектрическим материалом. Несмотря на разрыв, ток продолжает течь через этот переход благодаря эффекту квантового туннелирования, работой которого можно управлять при помощи магнитных полей.
Этот же слой служит одним из главных источников помех, которые разрушают квантовое состояние кубита. Подобные помехи связаны с так называемыми двухуровневыми дефектами внутри диэлектрика, которые влияют на тунеллирование и заставляют сверхпроводник терять энергию. Точную природу и происхождение этих дефектов ученые пока не установили.
Используя сверхпроводниковые кубиты, а также наборы из конденсаторов и резонаторов для обнаружения двухуровневых дефектов и изучения их физических свойств, Устинов и его коллеги разработали квантовый детектор, который может находить подобные дефекты, изучать их и, в перспективе, – подавлять.
По словам ученых, подобным образом можно изучать свойства различных точечных дефектов внутри наноструктур из диэлектриков и сверхпроводников, которые нельзя увидеть с помощью традиционных методик анализа качества материалов. Ученые надеются, что эта технология поможет создать долговечные сверхпроводящие кубиты и компьютеры на их основе, которые можно будет использовать для решения сложных практических задач.