Прототип лучшей в мире широкополосной памяти для квантового компьютера на сверхпроводящих кубитах создали ученые КФУ и КНИТУ-КАИ

О полученных  научных результатах сообщается в статье, опубликованной  казанскими физиками в Scientific Reports, входящем в серию журналов Nature.

Сотрудники Казанского федерального университета и Казанского квантового центра Казанского национального исследовательского технического университета – КАИ продемонстрировали оригинальную схему прототипа многорезонаторной широкополосной  многокубитовой квантовой памяти, работающей на принципах фотонного эха.

«Разработанная коллективом казанских ученых  схема многорезонаторной микроволновой квантовой памяти позволила экспериментально достичь квантовой эффективности 16,5 % в сохранении микроволновых полей при комнатной температуре, что значительно превзошло недавние лучшие результаты, полученные в мире для микроволновой квантовой памяти на электронных ансамблях, находящихся при гелиевых температурах. Также мы показали, что квантовая эффективность данной памяти может быть более 99 % при переходе к достаточно низким температурам, которые используются в схемах квантового компьютера, создаваемого на сверхпроводящих кубитах», – сказал директор Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ Сергей Моисеев.

На основе экспериментальной разработки казанских физиков может быть сделана память для универсального квантового компьютера на сверхпроводящих кубитах, что является одной из важнейших задач, над решением которой сейчас трудятся  ученые разных стран мира.

Квантовый компьютер, в отличие от обычного, оперирует не битами, а кубитами (квантовыми битами), которые могут одновременно хранить в себе и логический ноль, и единицу благодаря квантово-механическим эффектам и законам квантовой физики. Квантовый компьютер, способный оперировать  достаточным большим числом кубитов, сможет справляться с задачами, на решение которых обычный компьютер потратил бы сотни лет.

В России в марте этого года была создана вычислительная система из двух сверхпроводящих кубитов, которая в дальнейшем должна стать  основой для разработки квантовых компьютеров и систем шифрования данных. В лабораториях Михаила Лукина (университет Гарварда) и Джона Мартиниса (компания Google) недавно были созданы первые прототипы квантовых компьютеров на 50-ти кубитах. В ближайшее время планируется с их помощью продемонстрировать преимущество квантовых компьютеров над классическими.

«Главные достижения последних лет  в области  создания квантового компьютера на сверхпроводящих кубитах связаны не столько с увеличением количества взаимодействующих кубитов, сколько со  значительным увеличением времени жизни сверхпроводящего кубита – до 100 микросекунд. Однако увеличивать его и дальше невозможно по фундаментальным физическим причинам.  В связи с этим особую актуальность приобрела проблема разработки многокубитовой микроволновой долгоживущей квантовой памяти для квантовых компьютеров», – отметил заведующий кафедрой радиофизики Казанского федерального университета, руководитель приоритетного направления (САЕ) «Астровызов» КФУ Олег Шерстюков.

Несколько лет российские и зарубежные ученые трудятся над созданием памяти для квантового компьютера.

«При этом наибольшие экспериментальные успехи в разработке высокоэффективной и многомодовой оптической квантовой памяти были достигнуты на основе схемы обратимого фотонного эха на ансамбле атомов, предложенной и обоснованной в наших работах», – говорит Сергей Моисеев.

В 2010 году ученые Казанского квантового центра доказали, что квантовая память на фотонном эхе может быть реализована в оптимальном оптическом резонаторе, это открыло возможность создания многокубитовых интегральных схем квантовой памяти и её первую реализацию в микроволновом диапазоне частот.