Электроника, которую мы используем для наших компьютеров, знает только два разных состояния: ноль или единицу. С другой стороны, квантовые системы могут находиться в разных состояниях одновременно, они могут хранить суперпозицию «нуля» и «единицы».
Это явление можно использовать для создания сверхбыстрых квантовых компьютеров, но есть несколько технологических препятствий, которые необходимо преодолеть в первую очередь. Самая большая проблема в том, что квантовые состояния быстро разрушаются из-за взаимодействия с окружающей средой. В TU Wien (Вена) ученым удалось использовать защитный эффект для повышения стабильности особенно многообещающей квантовой системы.Квантовый компьютер, состоящий из двух систем
Существуют различные концепции возможных квантовых компьютеров. «Мы используем гибридную систему двух совершенно разных квантовых технологий», — говорит Йоханнес Майер. Вместе со своей командой он объединяет микроволны и атомы, исследуя и создавая новый тип квантовой памяти. Теоретики Дмитрий Кример и Стефан Роттер разработали теоретическую модель, описывающую сложную динамику в таких гибридных квантовых системах.В микроволновом резонаторе создаются фотоны.
Они взаимодействуют со спином атомов азота, встроенных в алмаз. Микроволновый резонатор можно использовать для быстрой передачи квантовой информации. Спины атомов в алмазе могут хранить его — по крайней мере, в течение периода в несколько сотен наносекунд, что достаточно долго по сравнению с масштабом времени, в котором фотоны движутся в микроволновом резонаторе.«Все атомы азота полностью идентичны.
Но когда они помещены в немного другое окружение, у них немного разные частоты переходов», — говорит Стефан Путц, аспирант Венского технологического университета. Атомные вращения ведут себя как комната, полная маятниковых часов. Первоначально они могут колебаться синхронно, но, поскольку они никогда не могут быть точно идентичными, в конечном итоге они теряют свой ритм, создавая случайный шум.
Причины сцепления Порядок«Создав сильную связь между атомными спинами и резонатором, можно значительно увеличить время, в течение которого спины колеблются в строго определенное время — если их энергетические уровни подчиняются правильному распределению», — говорит Дмитрий Кример. Спины атомов напрямую не взаимодействуют друг с другом, но тот факт, что они все вместе связаны с микроволновым резонатором, не дает им перейти в состояние, в котором они больше не могут использоваться для обработки квантовой информации.
Этот защитный эффект значительно увеличивает время, в течение которого квантовая информация может быть считана из атомных спинов.«Улучшение времени квантовой когерентности с помощью этого эффекта защиты полости открывает множество многообещающих приложений для нашей гибридной квантовой системы», — говорит Йоханнес Майер.
Статья опубликована в журнале Nature Physics.