Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и Чикагского университета установили новый рекорд по поддержанию квантовых битов (кубитов) в когерентном квантовом состоянии более пяти секунд. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances Magazine, провозглашено важным новым шагом в извлечении полезной работы из квантовых компьютеров, который должен масштабировать производительность квантовых вычислений в направлении долгожданного момента квантового превосходства.

Общеизвестно, что системы квантовых вычислений трудно поддерживать в когерентном состоянии. Хрупкая природа «упорядоченного хаоса» такова, что информация о кубитах и связь кубитов (запутанность) обычно ухудшаются в масштабах намного меньших, чем секунда. Новое исследование привносит когерентность квантовых вычислений в масштабы времени, воспринимаемые человеком. Используя метод, который они назвали «считывание одиночного выстрела», исследователи использовали точные лазерные импульсы для добавления одиночных электронов к кубитам.

Фактический размер квантового вычислительного чипа, используемого исследователями

 Добавление отдельных электронов похоже на нажатие кнопки сброса на вашем ПК, но для квантовых состояний. Он устраняет все ранее загруженные ошибки (кубиты чувствительны к любому внешнему вмешательству), позволяя когерентным состояниям «увековечивать» себя. Идея состоит в том, чтобы соединить квантовую и электронную области, и выбор материала здесь имеет первостепенное значение: исследователи воспользовались присущими карбиду кремния возможностями, которые могут работать в обеих областях.

Хотя это время может показаться не таким уж большим, однако в вычислениях оно течет по-другому; переход от стабильных квантовых состояний от долей секунды до пяти секунд значительно увеличивает количество полезного вычислительного времени, извлекаемого из доступных кубитов. Более того, это открывает новые способы увеличения вычислительной мощности за пределами чистого количества кубитов — исследователи подсчитали, что они могут выполнять около 100 миллионов квантовых операций за этот пятисекундный отрезок. 

Эта технология может быть объединена с квантовыми вычислениями на основе фотоники для масштабируемой распределенной сети квантовых вычислений со скоростью света. Исследователи ожидают, что их результаты позволят разработать квантовые повторители. Также есть надежда, что благодаря использованию карбида кремния появятся возможности для типичных производственных технологий CMOS (полупроводников на основе оксидов металлов с дополнительной симметрией) для интеграции систем на основе электронных спинов в классические электрические устройства, чувствительные к одиночным зарядам.