Ученые наконец решили самую большую проблему квантовых вычислений

Ученые из Технологического университета Чалмерса представили новую концепцию квантовых систем — так называемых «гигантских суператомов». По их мнению, такой подход может помочь решить одну из главных проблем квантовых компьютеров и приблизить создание полноценных квантовых устройств. Работа была опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

"Квантовые системы чрезвычайно мощны, но и чрезвычайно хрупки. Ключевая задача — научиться управлять их взаимодействием с окружающей средой", — пояснил один из авторов работы Лэй Ду.

Новая концепция объединяет два известных подхода — «гигантские атомы» и «суператомы». Гигантские атомы — это искусственные квантовые системы, способные взаимодействовать с окружающей средой сразу в нескольких точках. Это позволяет им частично «вспомнить» свои прошлые состояния и уменьшить потерю информации. Суператомы, в свою очередь, представляют собой группу обычных атомов, объединенных в единую квантовую систему, которая ведет себя как единый объект.

Объединив эти идеи, учёные получили «гигантский суператом» — систему, способную хранить и обрабатывать квантовую информацию сразу из нескольких кубитов, оставаясь при этом устойчивой к внешнему вмешательству.

Одной из ключевых задач квантовых технологий является создание запутанных состояний, в которых несколько кубитов работают как единое целое. Именно это позволяет квантовым компьютерам достигать высокой вычислительной мощности.

Однако в реальных условиях такие состояния легко разрушаются. Новая архитектура, по мнению авторов, позволяет сохранять запутанность и передавать квантовую информацию без потерь.

«Гигантские суператомы открывают совершенно новые возможности для управления квантовой информацией», — сказала соавтор Джанин Сплеттштессер.

Исследователи предложили несколько схем работы таких систем. В одном из них суператомы могут обмениваться квантовыми состояниями без потери информации. В другом они передают сигналы на большие расстояния, сохраняя синхронность.

По мнению ученых, следующий этап – переход от теории к экспериментальной реализации. В будущем такие системы могут стать основой гибридных квантовых технологий, в которых разные типы устройств будут работать вместе.