Исследователи совершили важный прорыв в области квантовых вычислений, разработав метод считывания информации с особых "топологических кубитов", которые считаются перспективными для создания устойчивых квантовых компьютеров. Ученые применили технику "квантовой емкости", которая действует как глобальный зонд, чувствительный к общему состоянию системы. Этот подход позволяет получать информацию, которая ранее была практически недоступна для наблюдения, что открывает новые возможности для работы с квантовыми битами.
Топологические кубиты уникальны тем, что они распределяют информацию между двумя связанными квантовыми состояниями, известными как моды Майораны. Эти квазичастичные возбуждения в материалах, таких как топологические сверхпроводники, ведут себя как фермионы Майораны, являясь своими собственными античастицами, и названы в честь итальянского физика Этторе Майораны, предсказавшего существование подобных частиц в 1937 году. В конденсированных средах такая архитектура обеспечивает естественную защиту данных — подобно хранению ценностей в сейфе, где содержимое распределено между несколькими отделениями. Это делает кубиты устойчивыми к локальным помехам, которые обычно вызывают декогеренцию (потерю квантовых свойств), но до сих пор создавало проблему: как считать информацию, которая не находится в конкретной точке?
Для решения этой задачи международная команда создала модульную наноструктуру, собранную подобно конструктору Lego. Это устройство, называемое "минимальной цепочкой Китаева", состоит из двух полупроводниковых квантовых точек, соединенных через сверхпроводник. Такой подход позволил ученым конструировать систему "снизу вверх" и контролируемо генерировать моды Майораны, что было ключевой целью исследовательского проекта QuKit.
Применив метод квантовой емкости к созданной цепочке, исследователи впервые смогли в реальном времени определить, является ли комбинированное квантовое состояние двух мод Майораны четным или нечетным. Это эквивалентно определению того, заполнен кубит или пуст — фундаментальная информация о хранении данных. Эксперимент также выявил "случайные скачки четности" и измерил "когерентность четности" продолжительностью более миллисекунды. Этот показатель считается очень перспективным, поскольку такое время, долгое по стандартам квантовых систем, позволяет выполнить значительно больше операций до появления ошибок из-за декогеренции, что критически важно для создания масштабируемых и надежных квантовых компьютеров.
Данное исследование стало результатом плодотворного сотрудничества между Делфтским техническим университетом (Нидерланды), где была разработана экспериментальная платформа, и Институтом науки о материалах в Мадриде (Испания), обеспечившим теоретическую поддержку. Ученые подчеркивают, что комбинированные усилия экспериментаторов и теоретиков были crucial для понимания этого сложного эксперимента, приближающего нас к созданию практичных квантовых компьютеров, устойчивых к ошибкам.
Источник: Majorana qubits decoded in quantum computing breakthrough