Исследователи из Технологического университета Чалмерса представили свою новую концепцию в области квантовых технологий, которая получила название «гигантские суператомы». Эта инновация, по мнению ученых, может стать решением одной из самых серьезных проблем, стоящих на пути к созданию полноценных квантовых компьютеров. Результаты их работы были опубликованы в престижном научном журнале Physical Review Letters (PRL).
Квантовые компьютеры представляют собой одну из наиболее перспективных технологий, обладающих потенциалом радикально ускорить разработку новых лекарств, взлом сложных шифров и решать задачи, которые недоступны для классических вычислительных машин. Тем не менее, развитие этой области сдерживается одной из главных проблем — декогеренцией. Этот процесс заключается в том, что квантовые биты, известные как кубиты, теряют свою информацию в результате взаимодействия с окружающей средой.
«Квантовые системы обладают огромной мощью, но при этом отличаются высокой хрупкостью. Основная задача заключается в том, чтобы научиться управлять их взаимодействием с окружающей средой», — отметил один из авторов исследования, Лэй Ду.
Новая концепция, предложенная учеными, сочетает в себе два уже известных подхода: «гигантские атомы» и «суператомы». Гигантские атомы представляют собой искусственные квантовые системы, которые способны взаимодействовать с окружающей средой в нескольких точках одновременно. Это свойство позволяет им частично «запоминать» свои прошлые состояния и тем самым снижать потери информации. Суператомы, в свою очередь, представляют собой группы обычных атомов, объединенных в единую квантовую систему, которая ведет себя как единый объект.
Объединив эти два подхода, ученые создали «гигантский суператом» — уникальную систему, которая может одновременно хранить и обрабатывать квантовую информацию от нескольких кубитов, оставаясь устойчивой к внешним помехам.
Одной из ключевых задач в области квантовых технологий является создание запутанных состояний, когда несколько кубитов функционируют как единое целое. Это свойство позволяет квантовым компьютерам достигать высокой вычислительной мощности. Однако в практических условиях такие состояния легко разрушаются. Новая архитектура, предложенная учеными, позволяет поддерживать запутанность и передавать квантовую информацию без потерь.
«Гигантские суператомы открывают совершенно новые возможности для управления квантовой информацией», — подчеркнула соавтор работы Янине Шплеттштессер.
Исследователи предложили несколько различных схем работы таких систем. В одной из них суператомы могут обмениваться квантовыми состояниями, не теряя информации. В другой — передавать сигналы на большие расстояния, сохраняя синхронность.
По словам ученых, следующий этап их работы — переход от теории к экспериментальной реализации. В будущем такие системы могут стать основой для гибридных квантовых технологий, где различные типы устройств будут работать в синергии.
