В мире стремительного развития квантовых вычислений, где кубиты – крошечные строительные блоки будущих суперкомпьютеров – хранят в себе невероятный потенциал, одна проблема мучила исследователей: как именно эти хрупкие квантовые ячейки теряют свою когерентность, то есть способность сохранять информацию? Финские физики из Университета Аалто, совместно с международной командой коллег, наконец-то пролили свет на эту тайну, обнаружив ключевую роль тепловой энергии в этом процессе.
Сверхпроводящие Джозефсоновские Переходы: Сердце Квантовых Компьютеров
Основа высокопроизводительных квантовых компьютеров – это сверхпроводящие джозефсоновские переходы, своеобразные «ворота» для управления кубитами. Эти переходы, подобно тонким мостикам между двумя сверхпроводниками, позволяют току течь без потерь напряжения, создавая идеальную среду для квантовых манипуляций. Но эта хрупкая гармония легко нарушается.
Тепло – Невидимый Враг Когерентности
«Мы долгое время искали способ измерить эти потери, словно детективы след на криминальной сцене, – рассказывает Баян Карими, научный сотрудник исследовательской группы Pico в Университете Аалто и первый автор исследования. – Наш опыт в области квантовой термодинамики помог нам разработать уникальный метод, позволяющий увидеть тепловое излучение как источник разрушения когерентности кубитов.
Подобно тому, как огонь на пляже греет человека, даже если окружающий воздух остается прохладным, так и джозефсоновские переходы, в процессе работы, испускают тепловое излучение. Это излучение, ранее не учитываемое в расчетах, оказывается ключевым фактором, приводящим к потере когерентности кубитов.
Простая Экспериментальная Установка: Новые Возможности Открытия
Исследователи пошли от сложных многопереходных систем к простоте. Вместо наблюдения за сотнями джозефсоновских переходов, они сфокусировались на одном ключевом элементе. Разместив рядом с ним сверхчувствительный поглотитель тепла, они смогли «услышать» едва уловимое тепловое излучение, возникающее при каждом фазовом переходе кубита. Эта инновационная установка позволила им заглянуть в самую суть явления и измерить его на частотах до 100 гигагерц.
Значение Открытия для Будущего Квантовых Вычислений
Эти результаты, опубликованные в журнале Nature Nanotechnology, открывают новую эру в понимании квантовых вычислений. Чем дольше кубиты сохраняют когерентность, тем сложнее и мощнее вычисления, которые они могут выполнять. Понимание тепловых потерь – это ключ к созданию более стабильных, долговечных и эффективных кубитов, необходимых для решения задач, недоступных классическим компьютерам.
Это открытие – как разгадка головоломки, которая мешала нам полностью раскрыть потенциал квантовой революции. Теперь, зная врага, мы можем разработать более совершенные защитные механизмы, чтобы сохранить хрупкую когерентность кубитов и приблизиться к эпохе настоящих квантовых вычислений.
