Это прорыв — созданы надежные кубиты в ультрахолодных полярных молекулах

Одно из существенных ограничений при создании квантового компьютера — процесс декогеренции, «утекания» записанной квантовой информации в окружающую среду. Физики из Объединенного квантового центра в Даремском университете всесторонне изучили эту проблему для одной из систем квантовой памяти — ультрахолодных полярных молекул — и нашли способ отсрочить потерю информации.

Исследователи использовали молекулы соединения рубидия и цезия ⁸⁷Rb¹³³Cs, охлажденные до ультранизкой температуры, которая не доходила до абсолютного нуля (минус 273,15 градуса Цельсия) всего на 700 нанокельвинов (миллиардных долей градуса). Эти полярные молекулы из атомов пятого и шестого периодов таблицы Менделеева имеют сложную внутреннюю структуру колебательных и вращательных энергетических уровней, подходящих даже для создания кудитов — обобщенных версий кубитов, которые, помимо 0 или 1, способны принимать и другие логические значения. А управлять этой структурой можно через дальнодействующие диполь-дипольные взаимодействия.

В новой работе ученые хотели выявить, объяснить и по возможности устранить все экспериментально значимые источники декогеренции в молекулярных кубитах. Они измеряли когерентность — то есть согласованность — квантовой системы, затем создавали суперпозицию состояний кубита при помощи микроволн и позволяли системе свободно развиваться. Повторно когерентность измеряли через равные промежутки времени. Так исследователи обнаружили, что количество молекул в любом состоянии кубита изменяется периодически, а при декогеренции — потере информации — амплитуда этих колебаний уменьшается.

Затем исследователи проверили, как время когерентности зависит от различных параметров эксперимента — например, магнитного поля или поляризации лазера, который создавал оптические ловушки для молекул. Им удалось настроить магнитное поле так, что созданный кубит оказался нечувствительным к небольшим колебаниям напряженности поля. А установив «магический угол» примерно в 55 градусов между магнитным полем и направлением поляризации лазера, исследователи увеличили время когерентности до 5,6 секунды.

Эти манипуляции привели к тому, что время когерентности превысило время жизни молекулярного газа, который использовался для кодирования информации. Сейчас ученые работают над созданием оптических решеток для ультрахолодных молекул: в будущем их можно будет задействовать в квантовых вычислениях.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Physics.