Ученые нашли способ продлить квантовые состояния в 10 000 раз

Группа ученых из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета объявила об открытии простой модификации, которая позволяет квантовым системам оставаться работоспособными — или «когерентными» — в 10 000 раз дольше, чем раньше. Хотя ученые проверили свою технику на одном конкретном классе квантовых систем, называемых твердотельными кубитами. Они считают, что она должна быть применима ко многим другим видам квантовых систем и, таким образом, может революционизировать квантовую связь, вычисления и зондирование.

Если мы сможем использовать этот способ, квантовая технология обещает фантастические новые возможности.

«Этот прорыв закладывает основу для захватывающих новых направлений исследований в квантовой науке», — сказал ведущий автор исследования Дэвид Авшалом, профессор молекулярной инженерии семьи Лью, старший научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории и директор Чикагской квантовой биржи. «Широкая применимость этого открытия в сочетании с удивительно простой реализацией позволяет этой надежной когерентности влиять на многие аспекты квантовой инженерии. Это открывает новые исследовательские возможности, ранее считавшиеся непрактичными».

Внизу, на уровне атомов, мир функционирует по законам квантовой механики-совсем не так, как мы видим вокруг себя в повседневной жизни. Эти различные правила могли бы воплотиться в уникальных технологиях. К примеру, таких как практически не поддающиеся взлому сети или чрезвычайно мощные компьютеры. Министерство энергетики США уже опубликовало проект будущего квантового интернета на мероприятии в университете в Чикаго 23 июля. Но пока этому препятствуют фундаментальные инженерные проблемы: квантовые состояния нуждаются в чрезвычайно тихом, стабильном пространстве для работы, поскольку они легко нарушаются фоновым шумом, исходящим от вибраций, изменений температуры или случайных электромагнитных полей.

 

Ученые пытаются найти способы сохранить целостность системы как можно дольше. Одним из распространенных подходов является физическая изоляция системы от шумного окружения, но это может быть громоздким и сложным. Другой метод заключается в том, чтобы сделать все материалы максимально чистыми, что может быть дорогостоящим. Ученые из Чикаго выбрали другую тактику.

«При таком подходе мы не пытаемся устранить шум в окружающей среде; вместо этого мы „обманываем“ систему, заставляя ее думать, что она не испытывает шума», — сказал Кевин Мяо, главный автор статьи.

В тандеме с обычными электромагнитными импульсами, используемыми для управления квантовыми системами, команда применила дополнительное непрерывное переменное магнитное поле. Точно настроив это поле, ученые смогли быстро вращать спины электронов и позволить системе «отключиться» от остального шума.

— Чтобы понять принцип, это все равно что сидеть на карусели, когда вокруг тебя орут люди,-объяснила Мяо. — Когда машина стоит неподвижно, вы прекрасно слышите их, но если вы быстро вращаетесь, шум сливается с фоном.