Сверхпроводящий кубит — это крошечная электрическая цепь, которая ведёт себя как искусственный атом. В обычном состоянии через неё течёт ток без сопротивления, и энергетические уровни расположены ровно, как ступеньки лестницы. Но если в цепи застревает один-единственный электрон, всё меняется. Этот лишний электрон похож на пассажира, который втиснулся в переполненный вагон: он не просто занимает место, а заставляет всех остальных потесниться и перестроиться.
Авторы работы рассчитали, как именно выглядят уровни энергии в таком кубите с одним застрявшим электроном. Оказалось, что они выстраиваются в совершенно другом порядке, чем в обычном кубите без лишнего электрона. Причём этот порядок зависит от того, что сильнее — электрическое поле, которое удерживает электроны, или способность тока течь без сопротивления. Это как если бы в переполненном вагоне пассажиры пересаживались по-разному в зависимости от того, насколько сильно трясёт поезд.
Такое поведение можно будет проверить в экспериментах с гибридными сверхпроводниками, которые соединяют сверхпроводник с обычным полупроводником. В последние годы такие структуры научились делать очень аккуратно — и из тонких проволочек, и из плоских слоёв, где электроны движутся как по шоссе. Если предсказание подтвердится, это даст новый способ управлять квантовыми битами — просто добавляя или убирая один электрон.
В сверхпроводящем кубите один лишний электрон может изменить энергию системы так же заметно, как одна неправильная нота меняет мелодию.