Квантовый компьютер похож на оркестр, где каждый музыкант должен играть идеально слаженно. Если хоть один инструмент фальшивит, мелодия рассыпается. В роли таких музыкантов выступают сверхпроводящие кубиты, а их «фальшь» — это потеря квантовой когерентности. Учёные давно ищут, откуда берутся помехи, и одна из причин прячется в самом материале, из которого сделан кубит.

Ниобий — металл, который при очень низкой температуре становится сверхпроводником и не сопротивляется электрическому току. Из него делают основу для кубитов-трансмонов. Но даже в таком металле есть невидимые неоднородности: крошечные области, где сверхпроводимость нарушена, или вихри магнитного поля, которые проникают внутрь. Эти дефекты работают как трение для квантовых состояний — из-за них кубит быстрее теряет информацию.

Чтобы увидеть эти слабые места, физики применили магнитооптическую визуализацию. Это способ, при котором магнитное поле «подсвечивают» поляризованным светом, и на снимке видно, как поток проникает в плёнку ниобия. Оказалось, что картина зависит от того, как именно напыляли металл. В одних образцах поток шёл почти равномерно, как вода в ровный песок. В других возникали ветвистые лавины — поток рвался внутрь резко и неравномерно, словно молния в грозу.

Измерив, как магнитное поле распределяется в плёнке, исследователи вычислили критическую плотность тока — величину, которая показывает, насколько хорошо сверхпроводник держит ток без потерь. Эту величину сравнили с качеством кубитов, сделанных из тех же плёнок. Выяснилось: чем хуже однородность ниобия, тем быстрее кубит теряет квантовое состояние. А главным виновником оказался тонкий слой на границе между ниобием и кремниевой подложкой.

Этот пограничный слой — как неровный стык между двумя деталями конструктора. Даже если сами детали сделаны хорошо, на стыке возникают зазоры и напряжения. Там поселяются «паразитные» квантовые системы, которые воруют энергию у кубита. Теперь, когда учёные знают, куда смотреть, они могут менять условия напыления, чтобы сделать границу чище и ровнее. Тогда оркестр квантовых битов зазвучит слаженнее.