Японским физикам удалось добиться обмена энергией между кубитами на основе ридберговских атомов в наносекундном масштабе, приблизившись к фундаментальному пределу этой платформы. В будущем это позволить производить квантовые вычисления быстрее, чем декогеренция разрушит состояния кубитов.

Исследование опубликовано в Nature Photonic.

Несмотря на большое разнообразие физических платформ (сверхпроводящие кубиты, квантовые точки, NV-центры и многое другое), на которых ученые пытаются реализовать квантовый компьютер, общие принципы их построения остаются схожими. Ключевой проблемой при этом остается декогеренция, то есть разрушение хрупких квантовых состояний под действием шумов, для борьбы с которой физики придумывают различные способы изоляции кубитов. Вместе с тем, воздействие окружающей среды на кубиты имеет определенные частоты. Это значит, что эффект от декогеренции можно свести к нулю, если успеть провести все необходимые операции достаточно быстро.

Предел скорости формирования запутанных состояний определяется силой связи между кубитами. В случае с кубитами на основе ридберговских атомов, которые влияют друг на друга с помощью диполь-дипольного взаимодействия, он составляет гигагерцы, что соответствует наносекундному масштабу времени.

Существующие методы запутывания ридберговских атомов основаны на методе ридберговской блокады, то есть ситуации, когда возбуждение одного кубита смещает энергетические уровни соседей, из-за чего доступ к ним с помощью внешнего воздействия подавляется. Типичные длительности этого механизма составляют доли микросекунд, что на два порядка больше, чем фундаментальный предел.

Достичь его в ридберговских атомах удалось японским физикам под руководством Кенджи Омори (Kenji Ohmori) из Национального института естественных наук.