Ученые Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и Российского квантового центра впервые изучили нейтральные атомы тулия как основу для кубитов — единиц квантовой информации. Специалисты показали, что состояние таких кубитов можно эффективно управлять с помощью микроволн и лазеров.
Атомы тулия сочетают преимущества разных элементов: они надежны и точны, как кубиты на основе щелочных металлов, и позволяют управлять энергетическими состояниями оптическим излучением, как в кубитах щелочноземельных элементов. Важным свойством является долгое время когерентности — атомы сохраняют квантовое состояние до 55 секунд, что в квантовом мире считается рекордным. Это повышает точность операций и позволяет временно хранить информацию, как оперативная память в обычном компьютере.
Кубиты тулия кодируются в двух близких энергетических подуровнях атома, различающихся ориентацией магнитных моментов ядра и электронов. Разница энергии между ними соответствует микроволновой частоте 1497 МГц, что позволяет «переключать» кубит для управления его состоянием. Подуровни почти не реагируют на внешние магнитные колебания. Это делает информацию особенно устойчивой к помехам.