Физики научились извлекать информацию из квантово-механической системы, не нарушая квантовое состояние

Исследователи сообщают об извлечении информации из квантово-механической системы без разрушения драгоценного квантового состояния. Этот прогресс прокладывает путь к таким приложениям, как квантовая коррекция ошибок и не только

Физики из Высшей технической школы Цюриха связали механический резонатор со сверхпроводящим квантовым кубитом. Технология, разработанная учеными и описанная в статье в журнале Nature Physics, позволяет измерять квантовые свойства механической резонаторной системы, не нарушая квантовой состояние.

В качестве резонатора ученые используют пластину высококачественного сапфира толщиной чуть меньше 0,5 мм. На ее вершине находится тонкий пьезоэлектрический преобразователь, который может возбуждать акустические волны, которые отражаются снизу и, таким образом, распространяются по четко определенному объему внутри плиты. Исследователи отмечают, что эти возбуждения представляют собой коллективное движение большого числа атомов, которые квантуются (в фотонах) и могут подвергаться квантовым операциям.

Электромагнитные поля, связанные со сверхпроводящей цепью, обеспечивают связь кубита с пьезоэлектрическим преобразователем акустического резонатора и тем самым с его механическими квантовыми состояниями.

Исследователи отмечают, что в их экспериментах не происходит прямого обмена энергией между сверхпроводящим кубитом и акустическим резонатором во время измерения. Вместо этого свойства кубита зависят от количества фононов в акустическом резонаторе. Такой подход позволяет «бесконтактным» способом изучить механическое квантовое состояние.

В своем исследовании физики смогли извлечь распределение числа фононов в своем акустическом резонаторе после возбуждения его различными амплитудами. Более того, они продемонстрировали способ определить в одном единственном измерении, является ли число фононов в резонаторе четным или нечетным, — так называемое измерение четности — без каких-либо дополнительных сведений о распределении фононов. 

Ученые отмечают, что получение именно такой очень специфической информации, а не какой-либо иной, имеет решающее значение в ряде квантово-технологических приложений. Например, изменение четности (переход от нечетного числа к четному или наоборот) может сигнализировать о том, что ошибка повлияла на квантовое состояние.

Исследователи планируют продолжить работать над технологией, чтобы обеспечить возможности для полноценного управления квантово-механической системой, например, коррекции ошибок, которая при этом сохранит квантовое состояние.