Ученые нашли способ защитить спиновые кубиты от внешнего шума

Исследователи из Германии комплексно исследовали экранирование электрического и магнитного шума для проведения эффективных квантовых вычислений с использованием спиновых кубитов.

Профессор Гуидо Буркард и его команда физиков из Констанцского университета разработали теоретическую концепцию обработки квантовой информации. Они нашли способ экранировать электрический и магнитный шум на короткое время. Это позволит использовать спины в качестве памяти на квантовых компьютерах: увеличится время их когерентности, и в этот период можно успеть выполнить многотысячные компьютерные операции. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Технологическое видение разработки квантового компьютера зависит не только от информатики и информационных технологий. Новое понимание теоретической физики влияет и на прогресс практической реализации. Каждый компьютер или коммуникационное устройство содержит информацию, встроенную в физические системы. 

В контексте разработки квантового компьютера спиновые кубиты и их магнитные свойства находятся в центре внимания. Для использования спинов в качестве памяти в квантовых технологиях нужно выстроить их в линию, иначе их нельзя будет контролировать необходимым образом.

(На фото: Схематическое изображения новых спиновых кубитов, состоящих из четырех электронов (красный) и их спинов (синий) в полупроводниковой среде (серый))

"Обычно магниты контролируются магнитными полями, как стрелка компаса направляет магнитное поле Земли, — объясняет профессор Буркард. — В нашем случае частицы невероятно малы, а магниты — очень слабы, из-за чего контролировать их крайне сложно".

Физики сталкиваются с этой проблемой в работе с электрическими полями, когда несколько электронов — в данном случае четыре — формируют квантовый бит. Другая сложность связана с тем, что ученые имеют дело с электронными спинами, которые, в свою очередь, очень чувствительные и хрупкие. Даже в твердых телах из кремния они реагируют на внешнее воздействие электрического или магнитного шума. Это исследование сосредоточено на теоретических моделях и вычислении того, как квантовые биты можно защитить от этого шума — важное добавление к основному исследованию для квантового компьютера. Если изолировать шум даже на короткий период, за эти доли секунды все равно можно успеть выполнить тысячи компьютерных операций — по крайней мере в теории.

Далее физики из Констанца начнут экспериментальную работу со своими коллегами, чтобы испытать теорию. Впервые в этих тестах будет задействовано четыре электрона, а не три, что потенциально может быть использовано партнерами из Принстона. В то время как физики в Констанце предоставляют теоретическую основу, их коллеги из США проводят экспериментальную часть работы.