Sebuah tim ilmuwan internasional dari Rusia, Inggris dan Jerman telah menunjukkan desain qubit alternatif yang dapat digunakan untuk membangun komputer kuantum. Elemen utama dari desain ini adalah kabel nano superkonduktor. Sudah dalam percobaan pertama, qubit superkonduktor baru terbukti tidak lebih buruk daripada qubit tradisional yang dibangun di persimpangan Josephson.
Skema dan gambar qubit baru Kolaborasi para ilmuwan dari Pusat Kuantum Rusia dan NUST MISiS (Rusia), Universitas London dan Laboratorium Fisik Nasional di Teddington (Inggris Raya), Universitas Karlsruhe dan Institut Teknologi Foton (Jerman), serta Institut Fisika dan Teknologi Moskow dan Skoltech (Rusia) berhasil membuat qubit baru secara fundamental tidak didasarkan pada persimpangan Josephson, yang merupakan diskontinuitas dalam superkonduktor, tetapi pada superkonduktor nano-kawat terus menerus. Peneliti yang
dipublikasikan di Nature Physics.
Para ilmuwan memprediksi pencapaian besar ke komputer kuantum. Prinsip perhitungan yang ditetapkan dalam fondasinya bahkan sekarang memungkinkan pemecahan masalah yang sangat kompleks. Meskipun komputer kuantum universal itu sendiri belum dibuat, para peneliti sudah dapat mensimulasikan senyawa dan bahan kimia dengan qubit. Oleh karena itu, banyak kelompok ilmiah berupaya memperbaiki unsur-unsur komputer kuantum. Terutama kerja keras sedang dilakukan untuk mempelajari dan meningkatkan sel komputasi utama komputer kuantum - qubit.
Ada beberapa pendekatan untuk membuat qubit. Misalnya, qubit yang beroperasi dalam rentang optik telah dibuat. Namun, mereka sulit untuk diukur, tidak seperti qubit pada superkonduktor yang beroperasi dalam jangkauan radio dan berdasarkan pada apa yang disebut persimpangan Josephson. Setiap transisi semacam itu adalah pecahnya superkonduktor, atau lebih tepatnya, lapisan dielektrik yang dilalui elektron.
Qubit baru didasarkan pada efek slippage fase kuantum - penghancuran periodik terkontrol dan pemulihan superkonduktivitas dalam ultrathin (sekitar 4 nm tebal) kawat nano, yang dalam keadaan biasa memiliki resistensi yang agak tinggi. Untuk pertama kalinya, efek ini, yang diprediksi dalam teori, diamati secara eksperimental oleh kepala karya ini, Oleg Astafyev, sekarang ia adalah kepala Laboratorium Sistem Quantum Buatan di Institut Fisika dan Teknologi Moskow dan merupakan profesor di Universitas London dan Laboratorium Fisika Nasional di Teddington di Inggris. Karya perintisnya diterbitkan dalam jurnal Nature pada 2012.
Profesor Alexey UstinovMenurut salah satu penulis karya baru, Alexey Ustinov, yang memimpin grup RCC di Rusia dan menjalankan Laboratorium Metamaterial Superkonduktor dari NITU MISiS, dan merupakan profesor di Institut Teknologi Karlsruhe di Jerman, kini telah berhasil menciptakan jenis perangkat superkonduktor baru, mirip dengan SQUID, SQUID, Superconducting Quantum Interference Device - "superkonduktor quantum interferometer", sebuah magnetometer super-sensitif berdasarkan persimpangan Josephson). Hanya alih-alih medan magnet, gangguan pada perangkat baru disebabkan oleh medan listrik yang mengubah muatan listrik di pulau antara dua kabel nano. Kabel-kabel ini memainkan peran persimpangan Josephson di perangkat, sementara mereka tidak memerlukan penciptaan celah dan dapat dibuat dari satu lapisan superkonduktor. Seperti dicatat oleh Alexey Ustinov, dalam pekerjaan ini kami dapat menunjukkan bahwa sistem ini dapat berfungsi sebagai interferometer muatan. "Jika Anda membagi kawat menjadi dua bagian, membuat penebalan di tengah, kemudian mengubah muatan pada penebalan oleh rana, Anda dapat, pada kenyataannya, secara berkala memodulasi proses kuantum tunneling kuantum magnetik melalui kawat, yang diamati dalam karya ini." Ini adalah poin kunci yang membuktikan bahwa efeknya dapat dikontrol dan koheren, dan dapat digunakan untuk membuat qubit generasi baru.
Teknologi SQUID telah menemukan aplikasinya dalam sejumlah perangkat pemindaian medis, seperti magnetokardiograf dan magnetoensefalograf, pada perangkat yang menangkap resonansi magnetik nuklir, serta dalam metode geofisika dan paleogeologi eksplorasi batuan. Oleh karena itu, ada kemungkinan bahwa dual charge SQUID dapat menyebabkan perubahan serius tidak hanya di dunia komputer kuantum.
Menurut Profesor Ustinov, para ilmuwan masih menghadapi banyak tugas mendasar yang berkaitan dengan mempelajari karya qubit baru. Namun, sekarang jelas bahwa kita berbicara tentang qubit yang memiliki fungsionalitas yang tidak kurang (dan mungkin lebih), tetapi jauh lebih mudah untuk dibuat. “Sekarang intrik utamanya adalah apakah mungkin untuk membangun prinsip ini seluruh rangkaian elemen elektronik superkonduktor. - kata Profesor Ustinov. - Perangkat yang kami terima, pada prinsipnya, adalah elektrometer dan mengukur muatan yang diinduksi di pulau superkonduktor dengan kesalahan ribuan kali lebih kecil daripada muatan elektron. Kami dapat mengendalikannya dengan akurasi tertinggi, karena muatan ini tidak dikuantisasi, tetapi diinduksi. ”
“Sekarang kami mempelajari qubit tentang prinsip fase tergelincir dalam grup saya di Karlsruhe, dan waktu koherensi yang kami dapatkan pada mereka sangat tinggi. - kata Profesor Ustinov. - Sejauh ini mereka tidak jauh lebih besar dari pada qubit biasa, tetapi kami baru saja mulai bekerja, dan ada kemungkinan bahwa mereka akan besar. Misalnya, masih ada topik penting cacat dalam qubit - di atasnya kami baru saja menerima hibah dari Google - cacat ini muncul di dielektrik, di penghalang terowongan persimpangan Josephson. Cacat senang karena fakta bahwa di zona ini ada medan listrik yang besar, hampir semua tegangan turun pada skala 2 nm. Jika kita membayangkan bahwa tetesan yang sama terjadi pada kawat homogen, dan tidak diketahui di mana, dalam "blur" seragam di seluruh superkonduktor, maka bidang yang akan muncul di sini jauh lebih kecil. Ini berarti bahwa cacat yang ada dalam materi qubit, kemungkinan besar, tidak akan muncul di sini. Dan ini berarti bahwa kita dapat memperoleh qubit dengan waktu koherensi yang lebih tinggi, yang akan membantu mengatasi salah satu masalah utama qubit - waktu yang tidak terlalu lama dari "kehidupan" kuantum mereka.