В новом исследовании физики показали, как использовать квантовые блуждания более чем одного электрона для реализации квантовых вычислений.

Ученые из Физико-технологического института РАН и МФТИ в новом исследовании показали, как использовать квантовые блуждания более чем одного электрона для реализации квантовых вычислений, получив элемент квантового компьютера более высокой размерности, чем кубит. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

Реальное применение квантовый компьютер может иметь, если состоит из нескольких сотен или даже тысяч кубитов. Но непреодолимым препятствием на пути к квантовым вычислениям оказалась неустойчивая связь между кубитами: квантовые структуры, в отличие от классических, сверхчувствительны к внешним помехам. Систему из нескольких кубитов приходится держать под жидким азотом или гелием, чтобы они не потеряли информацию.

Российские ученые предложили запустить в кольцо из квантовых точек два электрона, чтобы создать между ними квантовую сцепленность и получить сразу два связанных кудита. Сцепленность частиц представляет собой важное явление для эффективной квантовой обработки информации. Но ситуация с одинаковыми частицами затрудняется тем, что между невзаимодействующими электронами может возникать так называемая ложная сцепленность.

Авторы работы провели математические расчеты для двух случаев: когда взаимодействие есть и когда его нет — и отделили истинную сцепленность от ложной. Они рассмотрели, как меняется во времени вероятностная картина для разного числа точек: 6, 8, 10 и 12, то есть для двух связанных кудитов с тремя, четырьмя, пятью и шестью разрядами каждый. Оказалось, что предложенная структура обладает относительной устойчивостью, а небольшой шум даже способствует созданию высокоразрядных компактных элементов.