Квантовое состояние удержали 39 минут при комнатной температуре

Международная группа специалистов под руководством физика Майка Тевольта установила новый рекорд в сфере квантовых вычислений. Итог эксперимента открывает двери в мир квантовых сверхбыстрых компьютеров, дающих возможность производить несколько вычислительных операций сразу.

Если в простых компьютерах есть биты, которые принимают значение 1 либо 0, то компьютеры квантовые оперируют кубитами, которые находятся в суперпозиции, при которой они принимают одновременно значения 1 и 0, а это существенно ускоряет вычисления.

В рамках эксперимента физиками была поднята температура квантовой системы, где информация кодируется в ядре атомов фосфора на пластине из кремния, с -269 до 25 градусов по Цельсию. Итоги продемонстрировали, что при комнатной температуре состояние суперпозиции удерживается в течение 39 минут. Отрыв от более раннего рекорда оказался большим: предшествующие исследования дали результат в две секунды при аналогичной температуре.

Помимо всего прочего исследователи отметили, что кубитами можно управлять при росте температуры, а при повторном её понижении единицы информации остаются все равно стабильными.

"39 минут кажутся небольшим периодом. Однако для замены направленности спина в ядре иона фосфора, другими словами, непосредственно для запуска вычислений, необходимо одна стотысячная доля секунды. Можно проводить в теории примерно 20 млн. операций за время, которое необходимо для нормального распада суперпозиции на 1%. Это даёт надежду на следующее конструирование сильных квантовых компьютеров", — говорит Стефани Симмонс, соавтор изыскания.

Эксперимент начался, когда учёные взяли кусок кремния, который был легирован несколькими другими элементами, включая фосфор. Квантовая информация закодирована в ядрах фосфорных атомов.

У каждого ядра особенная квантовая характеристика, которая носит название «спин», который сравнить можно с микроскопическим магнитиком, находящемся в магнитном поле. Спинами можно управлять: то есть "магнитик" условно может указывать или вверх, или в любом ином промежуточном направлении, представляя суперпозицию состояний.

Образец изготовлен при t +4 градуса, а также помещён прямо в магнитное поле. Специально для создания состояния суперпозиции, а также изменения направления спинов ядер ученые брали добавочные магнитные поля.

При невысокой температуре спины примерно 37% ионов оставались в течение 3-х часов в состоянии суперпозиции. Когда температуру была повышена до комнатной, тогда показатель упал на 39 минут, а это оказалось рекордом для такого рода экспериментов.

"Длительность "жизни" в нашем эксперименте квантовых состояний, минимум, на один порядок превышает ту, которую достигли авторы предыдущих исследований. Нами были созданы высокопроизводительные кубиты", — говорит Симмонс.

Другой этап исследования, скорей всего, будет наиболее трудным. В этом случае 10 млрд. ионов фосфора были в одном квантовом состоянии. Для осуществления расчётов физики обязаны далее поместить разные кубиты в различные состояния.