Машина времени в сверхпроводящем контуре ✛ ✎

Оригинал: "Superconducting antiqubits achieve optimal phase estimation via unitary inversion"
arXiv:2506.04315v1 · 2025-06-04 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Антикубит — трансмон, ведущий себя как позитрон, — обращает действие магнитного поля вспять, удваивая чувствительность квантового сенсора.

В тёмной лаборатории, где сверхпроводящие чипы охлаждены до тысячных долей кельвина, кубит крутится под действием магнитного поля. Обычный кубит поворачивается в одну сторону. Антикубит — его зеркальный двойник — в противоположную. Вместе они образуют пару, которая чувствует поле вдвое острее, чем любая обычная пара.

Позитрон — античастица электрона — имеет тот же по модулю гиромагнитный момент, но с противоположным знаком. Именно это свойство позволило Фейнману интерпретировать позитрон как электрон, движущийся назад во времени.

Физики из Китая построили такое зеркало времени на сверхпроводящей платформе. Они взяли три трансмона — сверхпроводящих кубита на джозефсоновских переходах — и превратили один из них в антикубит. Для этого применили два приёма: Z-гейты до и после воздействия поля, чтобы инвертировать поперечные компоненты, и внерезонансный микроволновый драйв на «магической» частоте 4,177 ГГц, который сдвигает продольную компоненту поля на противоположную величину. Так кубит стал вести себя как позитрон: то же поле, но вращение в обратную сторону.

Точность приготовления синглета — запутанного состояния двух спинов с нулевым суммарным спином — составила 97%. Информация Фишера достигла 3,02 ± 0,07 на две единицы пространственно-временного объёма, что составляет 75% от теоретического максимума 4.

Раньше для обращения неизвестной эволюции требовались сложные алгоритмы и дополнительные кубиты. Здесь инверсия встроена в физику устройства: достаточно сменить знак эффективного гиромагнитного отношения — связи магнитного момента с угловым моментом. Запутанная пара кубит-антикубит измеряет силу поля неизвестного направления с чувствительностью, близкой к пределу Гейзенберга. Это открывает путь к более эффективным квантовым сенсорам магнитного поля, квантовой криптографии и алгоритмам, где нужно одновременно применять операцию и её обращение.

Зеркало времени перестало быть метафорой. В сверхпроводящем контуре оно стало рабочим инструментом, который приближает нас к пределам точности, разрешённым квантовой механикой.

Позитрон — античастица электрона — имеет тот же по модулю гиромагнитный момент, но с противоположным знаком. Именно это свойство позволило Фейнману интерпретировать позитрон как электрон, движущийся назад во времени. В эксперименте «антикубит» вращается в противоположную сторону под действием того же поля, как если бы время для него текло вспять.

Идея частиц, движущихся назад во времени, обыгрывается в романе Курта Воннегута «Бойня номер пять», где герой «отстранён от времени» и переживает события в обратном порядке. Здесь же обращение времени — не литературный приём, а рабочий инструмент квантовой сенсорики.

F_Q \approx 3.02 \pm 0.07
Информация Фишера — мера чувствительности измерения. Значение 3,02 на две единицы пространственно-временного объёма показывает, что сенсор извлекает почти максимум информации о силе поля.
Учёные
David DeutschErwin SchrödingerJohn Stewart BellLouis de BroglieLov GroverPaul Benioff
Понятия
трансмон трансмонный кубит антикварк сверхпроводящий кубит сверхпроводящая электроника антиводород позитрон квантовый процессор IBM антипротон квантовый вентиль полупроводниковые кубиты изолятор позитроний ион иттербия сверхпроводимость альтермагнетик электрон-позитронная пара антиферромагнетик антиматерия изобретение транзистора