Поделиться
Россияне выяснили, что квантовые компьютеры будут работать стабильнее, если им заменить атомы
Российским ученым из ФИАН удалось удержать стабильное квантовое состояния атомов редкоземельного элемента тулия до одного из лучших значений, когда-либо продемонстрированных в мире. На данный момент в квантовых компьютерах чаще используют атомы щелочных металлов, таких как рубидий и цезий.
Один из лучших результатов в мире
В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) и Российском квантовом центре впервые детально исследовали свойства нейтральных атомов тулия в качестве кубитов — битов квантовой информации, сообщил ФИАН на своем сайте.
Ученые продемонстрировали возможности эффективного управления их квантовым состоянием с помощью микроволнового излучения и посредством лазеров. Им удалось удержать стабильное квантовое состояние до 55 секунд. «Это одно из лучших значений, когда-либо продемонстрированных в мире», — сказал соавтор работы, директор ФИАН академик Николай Колачевский. И это, по его словам, главное достижение исследования.
Большое время когерентности, то есть возможности долго сохранять свое квантовое состояние, может существенно повысить качество квантовых операций, а также позволяет реализовать протоколы промежуточного хранения квантовой информации – как в оперативной памяти обычных компьютеров, пояснил один из разработчиков, научный сотрудник лаборатории «Оптика сложных квантовых систем» ФИАН Денис Мишин.
Дело в том, что кубиты — это не изолированная система, потому что они взаимодействуют с окружением, которое является источником шумов. Эти шумы приводят к тому, что квантовое состояние системы разрушается и переходит в случайное.
Выявленные свойства тулия
Преимуществом атомов редкоземельного элемента тулия, как основы для квантовых вычислений, связаны с возможностью кодировать кубиты в сверхтонких подуровнях основного состояния атома, объяснили разработчики.
Кубиты на основе тулия демонстрируют надежность и точность квантовых операций внутри сверхтонкой структуры, как и щелочные, например, рубидий и цезий.
При этом они также открывают возможности для управления энергетическими состояниями атомов с помощью оптического излучения, что характерно для щелочноземельных элементов (стронций, иттербий и др.).
«Также, мы предложили метод “переключения” кубитов между основным состоянием и метастабильным (с временем жизни 112 миллисекунд). Это позволяет защитить квантовую информацию от помех и реализовать ряд протоколов для дополнительного повышения точности квантовых вычислений», – добавил Колачевский.
Атомы и ионы в кубитах
В квантовых компьютерах используют различные атомы, чаще всего нейтральные атомы щелочных металлов, такие как рубидий и цезий, а также стронций и иттербий. Кроме того, применяются атомы примесей в полупроводниках, таких как кремний, а также ионы.
В декабре 2024 г. ученые физического факультета Московского университета и Российского квантового центра представили первый в России прототип 50-кубитного квантового вычислителя на одиночных нейтральных атомах рубидия.
ФИАН в июле 2025 г. сообщил об успешном испытании 50-кубитного компьютер, построенного не на атомной, а на ионной технологии. В российском вычислителе ученые используют цепочку из 25 ионов иттербия, охлажденных почти до абсолютного нуля.
В феврале 2024 г. «Росатом» заявлял о создании 20-кубитного квантового компьютера на ионной платформе и 25-кубитного на атомной.
Короткая ссылка
