Ученые Технологического университета Чалмерса представили новую концепцию квантовых систем — так называемые «гигантские суператомы». По их словам, такой подход может помочь решить одну из главных проблем квантовых компьютеров и приблизить создание полноценных квантовых устройств. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Квантовые компьютеры считаются перспективной технологией, способной радикально ускорить разработку лекарств, взлом сложных шифров и решение задач, недоступных классическим машинам. Однако их развитие сдерживает фундаментальная проблема — декогеренция. Это процесс, при котором квантовые биты (кубиты) теряют информацию из-за взаимодействия с окружающей средой.
«Квантовые системы чрезвычайно мощные, но при этом крайне хрупкие. Ключевая задача — научиться управлять их взаимодействием с окружающей средой», — объяснил один из авторов работы Лэй Ду.
Новая концепция объединяет два известных подхода — «гигантские атомы» и «суператомы». Гигантские атомы — это искусственные квантовые системы, которые могут взаимодействовать с окружающей средой сразу в нескольких точках. Это позволяет им частично «запоминать» свои прошлые состояния и снижать потери информации. Суператомы, в свою очередь, представляют собой группу обычных атомов, объединенных в единую квантовую систему, которая ведет себя как один объект.
Объединив эти идеи, ученые получили «гигантский суператом» — систему, которая может хранить и обрабатывать квантовую информацию сразу от нескольких кубитов, оставаясь устойчивой к внешним помехам.
Одна из ключевых задач квантовых технологий — создание запутанных состояний, при которых несколько кубитов работают как единое целое. Именно это позволяет квантовым компьютерам достигать высокой вычислительной мощности.
Однако в реальных условиях такие состояния легко разрушаются. Новая архитектура, по словам авторов, позволяет поддерживать запутанность и передавать квантовую информацию без потерь.
«Гигантские суператомы открывают совершенно новые возможности управления квантовой информацией», — отметила соавтор работы Янине Шплеттштессер.
Исследователи предложили сразу несколько схем работы таких систем. В одной из них суператомы могут обмениваться квантовыми состояниями без потери информации. В другой — передавать сигналы на большие расстояния, сохраняя синхронность.
По словам ученых, следующий этап — переход от теории к экспериментальной реализации. В перспективе такие системы могут стать основой для гибридных квантовых технологий, где разные типы устройств работают вместе.