Хотя ученые по всему миру надеются в ближайшее время построить квантовый компьютер, вопрос о том, на каких квантовых системах он должен работать, нельзя назвать решенным. В своей последней работе исследователи из Австралии предложили новый способ двусторонней передачи информации между двумя кандидатами на роль таких квантовых систем: ионами в ловушке и сверхпроводящими электрическими цепями. Если данная схема заработает на практике, она позволит исследовать не только каждый из типов квантового компьютера, но и гибридные технологии, сочетающие преимущества каждого из вариантов. Таким образом, предложенная схема, если ее получится реализовать на практике, открывает новые возможности перед квантовыми вычислениями в целом.

Простые квантовые системы могут одновременно находиться в двух состояниях. При масштабировании ситуации до многих аналогичных систем, работающих параллельно, данное свойство позволяет достичь огромной вычислительной мощности, по крайней мере, в теории. Эта идея и стала основой для проектирования квантового компьютера.

Но среди возможных кандидатов на роль битов квантовой информации (или кубитов) нет явного победителя. Каждый тип имеет свои сильные и слабые стороны, поэтому в последнее время все больше ученых обращают внимание на гибридные технологии. К примеру, ион, находящийся в электромагнитной ловушке, может сохранять свое состояние достаточно долго, чтобы допустить целую последовательность операций, однако крайне сложно спроектировать взаимодействие между такими ионами. В отличие от этой ситуации, сверхпроводящими цепями гораздо проще управлять, используя возможности современной микроэлектроники, но продлить срок жизни их состояний достаточно трудно.

Чтобы соединить эти две структуры в одно целое, группа ученых из Griffith University (Австралия) предложила способ двусторонней передачи квантовой информации между упомянутыми системами.

Как сверхпроводящая цепь, так и ион в ловушке проявляет свою квантовую природу, когда «активирована» одна из мод колебаний. Для цепи – это колебания тока и напряжения в LC схеме, частота которых зависит от индуктивности (L) и емкости ©. Для ионов исследователи определили колебания, как перемещение в пространстве на относительно большие расстояния (десятки нанометров) прямо внутри ловушки. Проблема заключается в том, что характерные частоты обоих колебаний принципиально различны. Для ионов они относятся к мегагерцовому диапазону, для цепи – к гигагерцовому. Таким образом, эти структуры крайне сложно заставить взаимодействовать.

Чтобы решить эту проблему, ученые из Австралии предложили добавить в систему еще один электрический сигнал, частота которого строго соответствует разнице частот существующих колебаний. Тонкость этой ситуации заключается в том, что необходимо деликатно сохранить квантовую информацию, которая может быть легко уничтожена при облучении, как иона, так и цепи мощным высокочастотным сигналом. Чтобы обойти эту проблему, ученые предложили воздействовать на систему так называемыми объемными акустическими волнами, которые заставят вибрировать одну из пластин конденсатора в LC-цепочке с нужной частотой. Изменяющаяся емкость будет варьировать резонансную частоту цепи, и сочетание сигналов даст изменяющееся с частотой порядка МГц электрическое поле, которое и будет влиять на движение иона.

Команда рассчитывает на то, что на эксперименте им удастся варьировать величину емкости на 30%, что позволит получить достаточно хороший сигнал.

Правда, их коллеги с осторожностью высказываются о перспективах эксперимента, т.к. считают, что построенная ими теоретическая система выглядит чересчур сложной.