Использование двух атомов различных элементов позволяет повысить стабильность квантовых систем - «Наука и технологии»

Квантовые системы являются действительно "хрупкими" вещами, любое, даже самое слабое воздействие на них факторов из окружающего их мира приводит к изменению состояния системы. Такие особенности определяют ряд трудностей, с которыми сталкиваются разработчики квантовой памяти и квантовых вычислительных устройств, ведь пока еще не имеется достоверного способа узнать об изменении состояния системы и о возникновении случайной ошибки. Не так давно были разработаны технологии коррекции ошибок квантовой памяти, частично позволяющие решить вышеуказанную проблему, а недавно две независимых группы исследователей предложили достаточно простой метод, позволяющий избежать возникновения ошибок определенного рода в квантовых системах.

Предложенным решением является использование двух атомов различных химических элементов, запутанных на квантовом уровне. И если какое-либо воздействие из окружающей среды затрагивает состояние одного из атомов, оно, это воздействие, не изменяет состояние второго атома. Такой метод защиты достаточно эффективен и при помощи двухатомных квантовых битов, кубитов, можно создавать ячейки квантовой памяти, логические элементы и прочие устройства. Проведенные измерения принципов работы запутанных пар атомов продемонстрировали их квантовую природу и запутанность с точностью около 40 стандартных отклонений от поведения с точки зрения классической физики.

Ученым уже удавалось запутать на квантовом уровне различные частицы, к примеру, атом и фотон, электрон и фотон, что позволяет при помощи фотона быстро передавать информацию на большие расстояния. Однако, как было упомянуто выше, в данном случае исследователи запутали атомы разных типов. Такой метод позволяет реализовать управление квантовой системой при помощи фотонов с разными длинами волн. Фотон с определенной длиной волны затрагивает только один из атомов системы, не оказывая воздействия на второй атом.

Группа ученых из Оксфордского университета для построения двухатомных кубитов использовала атомы двух разных изотопов кальция. Вторая группа из Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology) и Вашингтонского университета (University of Washington) использовала атомы совершенно различных элементов - бериллия и магния. Атомы кальция способны сохранять свое квантовое состояние в течение минуты, а атомы магния и бериллия - в течение полутора секунд, но в обоих случаях этого времени вполне достаточно для создания функционирующих квантовых битов.