Новый материал поможет защитить кубиты в квантовых компьютерах
Ученые по всему миру разрабатывают новое оборудование для квантовых компьютеров — вычислительных устройств, которые могут ускорить разработку лекарств, финансовое моделирование и прогнозирование погоды. Эти компьютеры используют для своей работы кубиты — элементы, которые могут находиться в состояниях «0», «1» или в их суперпозиции. Проблема в том, что состояния кубиты очень хрупкие — они распадаются при какой-либо помехе извне.
В связи с этим физики стараются создать как можно более устойчивы к внешнему шуму кубиты. Исследователи из Массачусетского технологического института создали систему, содержащую чередующиеся слои полупроводников — арсенида алюминия и арсенида галлия. «Сэндвич» состоял из 600 слоев, каждый из которых был около 3 нанометров толщиной. Между слоями ученые расположили квантовые точки из арсенида эрбия диаметром 2 нанометра.
Авторы создали три варианта структуры: совсем без квантовых точек, с квантовыми точками, занимающими 8% площади каждого слоя, и 25% площади слоя. Функция наночастиц в это случае заключалась в создании беспорядка в системе для перехода в состояние локализации многих тел. В этом состоянии объект, состоящий из многих сильно взаимодействующих тел, таких как атомы, никогда не достигает равновесия. Тепло, как и звук, состоит из коллективных атомных колебаний и может перемещаться волнами. Внутри объекта всегда есть такие тепловые волны. Но при определенной структуре материала тепловые волны могут попасть в ловушку, и внутри объекта будет постоянно наблюдаться неравновесное состояние.
Исследователи обнаружили, что когда созданная ими сверхрешетка с наноточками охлаждалась до 30 кельвинов, содержащиеся в ней фононы на определенных частотах оставались в неравновесном состоянии. Физикам еще предстоит доказать, что наблюдаемые явления обусловлены формированием именно фазы локализации многих тел. Если это удастся, можно будет использовать этот эффект для защиты кубитов от помех извне — тепловые волны при этом не разрушат хрупкие состояния и будут постепенно рассеиваться.
Хрупкость кубитов не позволяет создать из них мощные квантовые компьютеры. Новая технология может защитить эти структуры от помех извне при помощи эффекта «постоянного беспорядка»