В научном сообществе вновь зарегистрирован прорыв, который может радикально изменить будущее квантовых вычислений. Исследовательская группа QCD из Университета Аалто в Финляндии продемонстрировала новаторский метод измерения кубитов, обходя некоторые фундаментальные ограничения, установленные принципом неопределённости Гейзенберга.
В настоящее время масштабирование квантовых компьютеров путём увеличения количества кубитов ограничивается не только технологическими сложностями, но и проблемой увеличения помех при измерениях.
Традиционно используемые параметрические усилители добавляют нежелательный шум и требуют значительного увеличения размера компонентов для защиты кубитов от декогеренции — процесса, при котором квантовая система теряет свои квантовые свойства, в особенности способность к суперпозиции состояний. Именно здесь и находит применение новый подход, предложенный финскими учёными.
Используя термические болометры, которые уже зарекомендовали себя как чрезвычайно чувствительные детекторы, команда Университета Аалто показала, что их можно использовать для точного одиночного считывания состояний кубитов. Болометры, в отличие от усилителей, могут измерять мощность или количество фотонов без добавления квантового шума, что делает их идеальными для использования в квантовых вычислениях.
«Представьте себе будущее, где квантовые компьютеры насчитывают тысячи, а то и миллионы кубитов. Тщательная оценка размера каждого компонента крайне важна для такого масштабирования. Наше исследование показывает, что наноболометры могут серьёзно рассматриваться в качестве альтернативы традиционным усилителям», — заявил профессор Микко Мёттёнен, руководитель исследовательской группы QCD.
Уже проведённые эксперименты продемонстрировали, что болометры могут обеспечить точное считывание состояний кубитов в одиночном измерении, без добавления квантового шума, при этом потребляя в 10 000 раз меньше энергии, чем традиционные усилители. Дополнительным преимуществом является их невероятно малый размер.
В экспериментах была достигнута точность одиночного считывания состояния кубита в 61.8% с продолжительностью считывания около 14 микросекунд. После коррекции на время релаксации энергии кубита точность увеличивается до 92.7%. Исследователи уверены, что с небольшими модификациями, такими как замена материала болометра на графен, можно достичь точности считывания в одиночном измерении до желаемых 99.9% всего за 200 наносекунд.
Ещё в 2019 году эта же команда учёных продемонстрировала использование болометров для сверхчувствительных измерений в реальном времени, а в 2020 году — возможность сокращения времени считывания до менее чем микросекунды с помощью болометров на основе графена.
Все эти научные достижения открывают новые перспективы для масштабирования квантовых вычислений, обещая революцию в точности и эффективности квантовых измерений.
Источник: SecurityLab