"Мы показали, что наша технология находится на одном уровне с лучшими в мире", - говорит Симона Гаспаринетти, руководитель исследовательской группы по экспериментальной квантовой физике в Чалмерсе и один из старших авторов исследования.

Точно так же, как обычный компьютер основан на битах, которые могут принимать значение 0 или 1, наиболее распространенный метод построения квантового компьютера использует аналогичный подход. Квантово-механические системы с двумя различными квантовыми состояниями, известные как квантовые биты (кубиты), используются в качестве строительных блоков. Одному из квантовых состояний присваивается значение 0, а другому - значение 1. Однако из-за квантово-механического состояния суперпозиции кубиты могут принимать оба состояния 0 и 1 одновременно, что позволяет квантовому компьютеру обрабатывать огромные объемы данных с возможностью решения задач, далеко выходящих за рамки возможностей современных суперкомпьютеров.

Впервые в истории для кубического фазового состояния

Основным препятствием на пути к созданию практически полезного квантового компьютера является то, что квантовые системы, используемые для кодирования информации, подвержены шуму и помехам, что приводит к ошибкам. Исправление этих ошибок является ключевой задачей при разработке квантовых компьютеров. Многообещающий подход заключается в замене кубитов резонаторами - квантовыми системами, которые вместо того, чтобы иметь только два определенных состояния, имеют их очень большое количество. Эти состояния можно сравнить с гитарной струной, которая может вибрировать самыми разными способами. Метод вызывается квантовые вычисления с непрерывной переменной и позволяет кодировать значения 1 и 0 в нескольких квантовомеханических состояниях резонатора. Однако управление состояниями резонатора - это задача, с которой сталкиваются квантовые исследователи по всему миру. И результаты, полученные Чалмерсом, дают возможность сделать это. Методика, разработанная в Чалмерсе, позволяет исследователям генерировать практически все ранее продемонстрированные квантовые состояния света, такие как, например, кот Шредингера или состояния Готтесмана-Китаева-Прескилла (GKP), а также кубическое фазовое состояние, состояние, ранее описанное только в теории.

"Кубическое фазовое состояние - это то, что многие квантовые исследователи пытались создать на практике в течение двадцати лет. Тот факт, что нам сейчас удалось сделать это впервые, является демонстрацией того, насколько хорошо работает наша методика, но самым важным достижением является то, что существует так много состояний различной сложности, и мы нашли технику, которая может создать любое из них", - говорит Марина Кудра, докторант. на кафедре микротехнологий и нанонаук и ведущий автор исследования.

Улучшение скорости затвора

Резонатор представляет собой трехмерную сверхпроводящую полость, изготовленную из алюминия. Сложные суперпозиции фотонов, захваченных внутри резонатора, генерируются при взаимодействии со вторичной сверхпроводящей цепью.

Квантово-механические свойства фотонов контролируются с помощью набора электромагнитных импульсов, называемых затворами. Исследователям впервые удалось использовать алгоритм для оптимизации определенной последовательности простых элементов смещения и сложных защелкивающихся элементов для генерации состояния фотонов. Когда сложные вентили оказались слишком длинными, исследователи нашли способ сделать их короче, используя оптимальные методы управления для оптимизации электромагнитных импульсов.

"Резкое повышение скорости наших защелкивающихся вентилей позволило нам смягчить последствия декогеренции в нашем квантовом контроллере, продвинув эту технологию на один шаг вперед. Мы показали, что имеем полный контроль над нашей квантово-механической системой", - говорит Симона Гаспаринетти.

Или, выражаясь более поэтично:

"Я запечатлела свет в месте, где он процветает, и придала ему поистине прекрасные формы", - говорит Марина Кудра.

Достижение этого результата также зависело от высокого качества физической системы (самого алюминиевого резонатора и сверхпроводящей схемы). Марина Кудра ранее показала, как создается алюминиевая полость, сначала измельчая ее, а затем придавая ей исключительную чистоту методами, включающими нагрев до 500 градусов по Цельсию и промывку кислотой и растворителем. Электроника, которая подключает электромагнитные вентили к резонатору, была разработана в сотрудничестве со шведской компанией Intermodulation Products.

Исследовательская часть исследовательской программы WACQT

Исследование проводилось в Чалмерсе в рамках Центра квантовых технологий Валленберга (WACQT), комплексной исследовательской программы, цель которой - сделать шведских исследователей и индустрию лидерами в области квантовых технологий. Инициативу возглавляет профессор Пер Делсинг, и ее главной целью является разработка квантового компьютера.

"В Чалмерсе у нас есть полный набор для создания квантового компьютера, от теории до эксперимента, и все это под одной крышей. Решение проблемы исправления ошибок является основным узким местом в разработке крупномасштабных квантовых компьютеров, и наши результаты являются доказательством нашей культуры и способов работы", - говорит Пер Делсинг.