Финские физики разработали сверхпроводниковый материал, который идеально подходит для создания исполняющих блоков квантовых компьютеров и их ячеек памяти за счет того, что внутри него очень редко возникают источники квантовых помех. Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature Physics.
«Ошибки в работе квантового компьютера возникают, даже если в сверхпроводнике появляется лишь одна квазичастица на миллиард носителей заряда. Подобные помехи накладывают серьезные ограничения на время жизни кубитов и их производительность», – рассказала Эльза Маннила, один из авторов исследованяи, научный сотрудник Университета Аалто (Финляндия).
Сверхпроводники остаются одним из самых популярных материалов для создания кубитов – квантовых аналогов битов. Это связано с тем, что цепочку из сверхпроводящего материала можно легко заставить вести себя как искусственный аналог атома. Один из самых крупных и производительных квантовых компьютеров современности, машина Sycamore компании Google, создана на основе сверхпроводящих цепей.
Одним из главных препятствий для дальнейшего развития подобных компьютеров остается то, что внутри них неизбежно возникают помехи. Их источник – это квазичастицы, которые возникают в результате распада пар электронов, отвечающих за перенос тока без сопротивления.
Проблема заключается в том, что ученые до сих пор не до конца понимают, из-за чего возникают эти квазичастицы и как этот процесс можно замедлить или предотвратить. Финские физики сделали большой шаг к выяснению механизма рождения этих квантовых помех, что позволило им создать сверхпроводник, в котором квазичастицы не появляются на протяжении многих минут.
Для этого ученые создали устройство для отслеживания расщепления пар электронов. С его помощью они изучили, как возникают квазичастицы внутри сверхпроводника на основе сверхчистого алюминия. Физики обнаружили, что за этим процессом можно наблюдать, если прикрепить к кусочку сверхпроводника тонкий слой из изолятора и поверх него нанести нанопровод из меди. Он служит своеобразным «громоотводом», куда попадают почти все квазичастицы, возникающие внутри сверхпроводника.
Первые опыты с этим устройством показали, что источники помех возникали внутри сверхпроводника не постоянно, а с большими перерывами. Причем среднее число квазичастиц сильно менялось в разные периоды времени. Это указывает на то, что их источником выступают какие-то внешние процессы и явления, а не какие-то примеси и дефекты в структуре сверхпроводящего материала.
Физики надеются, что благодаря дальнейшим опытом можно будет узнать природу этого генератора квантовых помех и понять, как можно не только удалять порождаемые им квазичастицы, но и предотвращать их появление. Это заметно упростит разработку квантовых компьютеров и повысит скорость их работы, подытожили ученые.
