Когда-нибудь квантовые компьютеры смогут достичь значительно более высокой скорости вычислений, чем обычные цифровые компьютеры, при выполнении определенных типов задач. Сверхпроводящие схемы относятся к наиболее многообещающим кандидатам для реализации квантовых битов, известных как кубиты, с помощью которых квантовые компьютеры могут хранить и обрабатывать информацию. Высокая частота ошибок, связанная с ранее доступными кубитами, до сих пор ограничивала размер и эффективность квантовых компьютеров. Доктор Джанлуиджи Кателани из Института Питера Грюнберга (PGI-2) в Юлихе вместе со своими коллегами теперь нашел способ продлить время, в течение которого сверхпроводящие схемы могут сохранять «0» или «1» без ошибок. . Помимо Кателани, в команду входят исследователи, работающие в США (Массачусетский технологический институт, Лаборатория Линкольна и Калифорнийский университет в Беркли), Японии (RIKEN) и Швеции (Технологический университет Чалмерса).
Когда сверхпроводящие материалы охлаждаются ниже критической температуры материала, электроны объединяются, образуя пары; тогда ток может течь без сопротивления. Однако до сих пор не удалось построить сверхпроводящие цепи, в которых все электроны объединялись бы вместе. Одиночные электроны остаются неспаренными и не могут течь без сопротивления. Из-за этих так называемых квазичастиц теряется энергия, и это ограничивает время, в течение которого схемы могут хранить данные.
Исследователи разработали и протестировали метод, позволяющий временно удалить неспаренные электроны из цепи; с помощью СВЧ-импульсов они фактически «откачиваются». Это приводит к трехкратному увеличению срока службы кубитов.«В принципе, эту технику можно сразу же применить для всех сверхпроводящих кубитов», — пояснил Кателани, который как физик-теоретик внес свой вклад в анализ и интерпретацию экспериментальных данных.
Однако он подчеркнул, что продолжительность жизни кубитов — лишь одно из многих препятствий на пути разработки сложных квантовых компьютеров. Более того, новый метод означает, что квазичастицы не удаляются навсегда, а возвращаются снова и снова. У ученых есть другое решение, готовое решить эту проблему: метод накачки можно комбинировать с другим методом, который постоянно улавливает квазичастицы. Кателани вместе со своими коллегами из Джулиха и Йеля уже проанализировал и протестировал такую «ловушку» квазичастиц.
Их результаты были опубликованы в сентябре в журнале Physical Review B (DOI: 10.1103 / PhysRevB.94.104516).