Еще один шаг к квантовому компьютеру

Коллаборации ученых из Российского квантового центра (РКЦ) и НИТУ МИСиС, Университета Лондона и Национальной физической лаборатории в Теддингтоне (Великобритания), Университета Карлсруэ и Института фотонных технологий (Германия), а также МФТИ и Сколтеха удалось создать принципиально новый кубит, основанный не на джозефсоновском переходе, представляющем собой разрыв в сверхпроводнике, а на сплошной сверхпроводящей нанопроволоке. Работа исследователей опубликована в Nature Physics. Уже в первых экспериментах новый сверхпроводниковый кубит показал себя не хуже традиционных кубитов, построенных на джозефсоновских переходах. Об этом сообщается на странице «Наука, технологии и космос» сервиса «Яндекс.Дзен».

Новый кубит основан на эффекте контролируемого периодического разрушения и восстановления сверхпроводимости в сверхтонкой (толщиной порядка четырех нанометров) нанопроволоке, которая в обычном состоянии имеет довольно большое сопротивление. Впервые этот предсказанный в теории эффект наблюдал экспериментально руководитель работы Олег Астафьев, сейчас он заведует лабораторией искусственных квантовых систем МФТИ и является профессором Университета Лондона и Национальной физической лаборатории в Теддингтоне. Его пионерская работа была опубликована в журнале Nature в 2012 году.

По словам профессора Алексея Устинова, который в России руководит группой РКЦ и заведует лабораторией сверхпроводящих метаматериалов МИСиС, а в Германии является профессором Института технологий Карлсруэ, перед учеными стоит еще много фундаментальных задач, связанных с изучением работы нового кубита. Однако уже сейчас понятно, что речь идет о кубитах, обладающих не меньшей (а может, и большей) функциональностью, но гораздо более простых в изготовлении. «Сейчас главная интрига в том, можно ли построить на этом принципе весь набор элементов сверхпроводящей электроники, — отметил профессор Устинов. — Полученное нами устройство, в принципе, является электрометром и измеряет заряд, наведенный на островке сверхпроводника, с погрешностью в тысячи раз меньше заряда электрона. Мы можем его контролировать с высочайшей точностью, так как это заряд не квантованный, а наведенный».

«Сейчас мы изучаем кубиты на принципе проскальзывания фазы в моей группе в Карлсруэ, и времена когерентности, которые мы на них получаем, оказываются на удивление высокими, — рассказывает профессор Устинов. — Пока они не сильно больше, чем в обычных кубитах, но мы только начали работать, и есть шанс, что они будут большими. Например, есть еще важная тема дефектов в кубитах, по ней мы недавно получили грант от Google, — эти дефекты возникают в диэлектрике, в туннельном барьере джозефсоновского перехода. Дефекты возбуждаются за счет того, что в этой зоне большие электрические поля, фактически все напряжение падает на масштабе два нанометра. Если же мы представим, что такое же падение происходит в однородной проволочке, причем неизвестно где, в однородном “размытии” по всему сверхпроводнику, то поля, которые будут здесь возникать, гораздо меньше. Это означает, что дефекты, которые есть в материале кубита, здесь, скорее всего, не проявятся. А это означает, что мы сможем получить кубиты с более высоким временем когерентности, что поможет справиться с одной из главных проблем кубитов — не слишком большим временем их квантовой “жизни”».

СЛЕДУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗДЕЛА "IT"