Швейцарские физики создали первый работающий механический кубит. Свойство суперпозиции смогли реализовать через осцилляции пьезоэлектрического диска.
Сапфировый чип со сверхпроводящим кубитом (два непрозрачных серых прямоугольника по центру кадра) поверх второго, выполняющего роль механического осциллятора (светло-серая точка справа от прямоугольников)
В основе квантовых вычислений лежит концепция кубита — минимальной единицы информации, которая может принимать не только значения «1» и «0», но и теоретически бесконечное количество значений между ними. Исследователи полагают, что квантовые компьютеры на основе кубитов смогут решать недоступные классическим компьютерам задачи.
Хотя с момента создания концепции квантовых вычислений ученые достигли значительных успехов, существующие технологии имеют ряд ограничений. В процессе работы электромагнитные кубиты генерируют много ошибок, их приходится исправлять и во время и после вычислений. Более того, время жизни и работы виртуальных квантовых кубитов — доли секунды.
Физики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) предложили альтернативу — механические кубиты. Статья о концепции и ее тестировании опубликована в журнале Science.
В качестве основы для механического кубита ученые использовали пьезоэлектрический диск на сапфировой подложке, который работает как механический резонатор. Пьезоэлектрический материал меняет форму под воздействием электромагнитного поля, в результате мембрана действует как аналог барабанной. Она хранит информацию в трех состояниях: покоя, вибрации и их суперпозиции. В диске фононы, квазичастицы, используемые для описания колебаний в квантовой системе, сильно и нелинейно взаимодействуют друг с другом. Именно на основе их взаимодействия и стало возможно сделать кубит.
К пьезоэлектрической мембране исследователи присоединили сверхпроводящий кубит, также размещенный на сапфировой подложке. Для сборки устройства ученым пришлось разработать собственную технологию соединения компонентов.
Испытания показали, что механический кубит обладает временем когерентности, превышающим показатели гибридных и виртуальных кубитов, применяемых в других системах. Эксперименты показали, что этот параметр напрямую зависит от свойств используемых сверхпроводящих материалов. Более длительное время когерентности позволяет проводить больше операций без разрушения квантового состояния.
В дальнейшем исследователи планируют экспериментировать с материалами для увеличения времени когерентности. Также они намерены протестировать механические кубиты в составе квантовых логических элементов, чтобы оценить их эффективность в реальных вычислительных задачах. Такой подход может приблизить человечество к созданию полноценных квантовых компьютеров.
