Исследователи Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона защитили квантовый бит с помощью механических колебаний — звуковых волн квантового масштаба. Такой подход может уменьшить размеры квантовых сетей, снизить взаимные помехи между их элементами и объединить разные типы кубитов в одной гибридной системе.
Работу выполнила лаборатория Марко Лончара, профессора электротехники Tiantsai Lin. Экспериментальную часть возглавили Элиза Корнелл и Чжудзин Сюй. Результаты опубликованы 15 июля 2026 года в журнале Nature Physics, а ведущие авторы ранее работали в группе Лончара: Корнелл недавно защитила докторскую диссертацию и стала постдокторантом Бостонского университета, Сюй была постдокторантом этой лаборатории.
В созданной системе электронный спин, связанный с атомной примесью в алмазе, выполняет роль стационарной квантовой памяти. Передавать информацию между такими узлами могут фононы — кванты механических колебаний, аналогичные фотонам в оптических сетях. Ранее лаборатория Лончара разработала фононные резонаторы, которые удерживают колебания в небольшом объёме и усиливают их взаимодействие с электронным спином.
Фононы имеют гораздо меньшую длину волны, чем световые волны той же частоты, поэтому связанные с ними компоненты можно размещать плотнее. Кроме того, они способны дольше удерживаться в резонаторах при низких температурах, слабее взаимодействовать с соседними каналами и связывать твердотельные спины с электромагнитными полями. Однако сильное взаимодействие с фононами осложняет сохранение когерентности — способности кубита длительное время удерживать квантовое состояние.
Обычно для защиты от шумов применяют последовательности микроволновых импульсов, но внутри фононных резонаторов этот метод подходит плохо. Гарвардская команда непрерывно воздействовала на спин вакансии кремния в алмазе фононами и перевела его в защищённое состояние, которое называют «одетым» кубитом. Механическое поле изменило реакцию спина на окружающую среду и снизило его чувствительность к низкочастотным шумам.
«Мы решаем две проблемы, — сказала Корнелл. — Мы хотим, чтобы спин сильно взаимодействовал с фононами, и хотим, чтобы он имел длительное время когерентности. Наша работа демонстрирует метод увеличения времени когерентности, совместимый с размещением центра вакансии кремния в резонаторе». Эксперимент увеличил время когерентности примерно втрое, а частота Раби достигла 800 мегагерц, что обеспечивает очень быстрое управление спином. Результаты исследования опубликованы в Nature Physics под названием «All-mechanical coherence protection and fast control of a spin qubit».