Исследователи Массачусетского технологического института нашли путь для преодоления основных препятствий для создания сверхбыстрых квантовых компьютеров, которые могут стать мощным инструментом для решения таких задач как, например, взлом кода.

Один из подходов предполагает применение сверхпроводимых элементов, которые находятся в условиях, близких к абсолютному нулю (-273°С), они могут вести себя подобно искусственным атомам (наноблокам, в которых электроны находятся на определенных дискретных энергетических уровнях). Но традиционные методики определения свойств атомов и молекул не всегда могут быть легко применены к искусственным атомам. И теперь появился способ заполнить этот пробел.

Характеристика энергетических уровней является фундаментом для понимания и построения любого устройства на атомном уровне. Ньютон показал, что солнечный свет может быть рассредоточен в спектр цветов, где каждый цвет представляет различный уровень энергии. Это вытекает из анализа того, что атом реагирует на различные частоты света и других электромагнитных излучений — методика известна как спектроскопия. Но искусственные атомы имеют энергетические уровни, соответствующие широкому диапазону частот — от десятков до сотен гигагерц. Что делает использование спектроскопии дорогим и сложным.

Ученые Массачусетского технологического института разработали дополнительный метод, названный амплитудной спектроскопией. Он позволяет характеризовать квантовые объекты в широких частотных диапазонах. Более глубокое понимание сверхпроводящих структур способно ускорить развитие квантового компьютера. Каждый искусственный атом может функционировать в качестве кубита (qubit), который может находиться в различных энергетических состояниях одновременно. Что означает отсутствие четких положений 1 и 0, будет иметь место сочетание двух состояний.

Амплитудная спектроскопия собирает информацию о сверхпроводящем искусственном атоме с помощью исследования реакции на воздействие одной фиксированной частоты. Датчик заставляет атом совершать энергетические переходы. Корректировка амплитуды источника постоянной частоты обеспечивает практически бесконечное число переходов атомов между энергетическими уровнями. В ответ на излучение искусственного атома датчик выдает интерференционные изображения. Для каждого уровня энергии они имеют свой вид, играя роль своеобразных отпечатков пальцев.

Андрей Горьев