Японские исследователи из института RIKEN предложили прорывное решение для считывания квантовой информации, которое может приблизить создание мощных квантовых компьютеров. Ученые сосредоточили свое внимание на уникальном типе кубитов — электронах, левитирующих над поверхностью жидкого гелия. Этот подход отличается тем, что обеспечивает исключительно чистую среду, позволяющую долго сохранять хрупкое квантовое состояние частиц.
Главной проблемой до недавнего времени оставался вопрос о том, как практически извлечь данные из такой системы. Команда из Центра квантовых вычислений RIKEN (RQC), в которую вошли Ашер Дженнингс и Эрика Каваками, нашла ответ. Они доказали, что информацию о состоянии электрона можно получить, детектируя его переход из основного энергетического уровня в высоковозбужденное, так называемое состояние Ридберга.
Для подтверждения своей теории ученые провели масштабный эксперимент. Они использовали систему, содержащую 10 миллионов электронов над жидким гелием, которая работала как своеобразный конденсатор. Исследователям удалось зафиксировать изменение квантовой емкости при переходе частиц в возбужденное состояние, наблюдая сдвиги в микроволновой частоте.
Хотя в опыте участвовало огромное количество частиц, полученные результаты указывают на принципиальную возможность применения этого метода и для одиночных кубитов. Расчеты показывают, что изменение емкости будет легко измеримым и для одного электрона, если масштабировать систему вниз примерно в 10 000 раз. Это открывает реальные перспективы для создания компактных квантовых устройств.
Ашер Дженнингс подчеркнул ключевое преимущество новой технологии. Электроны над гелием находятся в практически идеальной изоляции: в вакууме их окружают только инертные атомы гелия, что надежно защищает квантовую информацию от внешних помех. Сейчас группа работает над проведением измерений уже в одноэлектронной системе. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Physical Review Letters.