Крачка напред към квантовите компютри: създадоха стабилни кюбитове

Majorana съхранява квантовата информация непокътната

Въпреки очакването, че квантовите изчисления ще направят революция в информационните технологии, все още сме твърде далече от този момент. Квантовите състояния позволяват по-бързи и сложни изчисления, но за съжаление, те са твърде нестабилни.

Изследователи  от института в Niels Bohr обаче демонстрираха, че е възможно да съществува стабилно квантово състояние, което съхранява квантовата информация непокътната. Състоянието, наречено Majorana zero mode, се разпростира върху наноструна, като квантовата информация се съхранява на различни места по нейното продължение. По този начин извършването на измервания в един от квантовите „сектори“ не се отразява на цялостното квантово състояние.

Квантовите компютри са базирани на квантови битове, наречени кюбитове. Информацията в тях се съхранява не само като комбинации от нули и единици, но и в „суперпозиции“ – състояние, представляващо едновременно нула и единица.  Именно то отключва огромната изчислителна мощ на тези специализирани компютри.

Разбира се, както и всяко друго „супер нещо“, и при квантовите компютри има едно голямо „обаче“. За жалост, състоянието на суперпозиция е твърде нестабилно. Когато се извърши измерване, суперпозиционираният кюбит се разпада на нула или единица и се превръща в обикновен бит. В състоянието Majorana zero mode информацията се съхранява по такъв начин, че смущенията в един сектор не оказват влияние на цялата информация, т.е. тя бива защитена от изменения.

Majorana е продукт от комбинация на схвърпроводници и полупроводници

„Проучваме нов вид частица, наречена Majorana. Тя може да осигури нужната основа за това квантовата информация да бъде защитена от причинените от измерванията изменения, чрез специалното, а може би уникално състояние на тези частици – каза в изявление проф. Чарлз Маркъс, съавтор на изследването. – Частиците Majorana не съществуват самостоятелно, но могат да бъдат създадени чрез комбинация от материали, включващи свръхпроводници и полупроводници.“

Стабилното състояние Majorana zero е  било реализирано върху полупроводникова струна с дължина 10 микрона и дебелина 0,1 микрон, като тя е била покрита с алуминиев свръхпроводник. Наноструната е била охладена до температура, близка  до абсолютната нула, и изложена на силно магнитно поле.

„Запазването на това състояние е свързано с екзотичните свойства на Majorana. Благодарение на тях, то съществува едновременно в двата края на наноструната, но не и в нейната среда. Това раказва Свен Акбрехт, водещият автор на труда, публикуван миналата седмица в Nature. – За да разрушиш квантовото състояние, трябва да въздействаш едновременно и на двата й края, което е малко вероятно“.

Изследването показва за първи път свойствата на частица, която е била видяна през 2012 г. Екипът е убеден, чe използването на новосъздадените материали и техника ще позволи на квантовата наука да се развива много по-бързо.