Настройка квантового оркестра начинается не с нот, а с тишины: сверхпроводящая цепь охлаждается почти до абсолютного нуля, и в ней замирает тепловой шум. В этой тишине миллиарды электронов объединяются в куперовские пары и начинают двигаться как одно целое, словно музыканты, играющие в унисон. Так рождается искусственный атом — кубит, который можно настраивать, меняя напряжение на затворе, как дирижёр настраивает высоту звука, поворачивая колки скрипки.

В обычном атоме уровни энергии заданы природой, а в сверхпроводящем кубите их можно перестраивать по своему желанию. Это позволяет создать трёхуровневую систему, похожую на три ступени лестницы. Если светить на такую систему двумя импульсами микроволнового излучения, можно добиться удивительного эффекта: среда становится прозрачной для одного из лучей, хотя без второго луча она бы его поглотила. Этот эффект, известный как электромагнитно-индуцированная прозрачность, раньше наблюдали только в газах, а теперь его воспроизводят в чипе.

Чтобы управлять переходами между уровнями, физики используют приём, который называется одетыми состояниями. Представьте, что музыкант надевает наушники с метрономом: его игра немного сдвигается, но становится устойчивее к внешним помехам. Так и квантовое состояние, «одетое» сильным полем, меняет свою энергию, зато меньше страдает от шума. Комбинируя два таких поля, можно сконструировать систему, в которой разрешены все нужные переходы, как в хорошо отлаженном инструменте.

Один из самых красивых протоколов — стимулированное рамановское адиабатическое прохождение, или STIRAP. Его идея похожа на перенос пассажира с одной платформы на другую через поезд, который никогда не останавливается. Пассажир не заходит в поезд, а сразу оказывается на нужной платформе, если синхронизировать два импульса. В квантовом варианте населённость переходит с первого уровня на третий, не заселяя промежуточный второй уровень. Это важно, потому что промежуточное состояние часто живёт недолго и теряет когерентность.

Ускоренный вариант STIRAP добавляет третий импульс, который компенсирует нежелательные переходы, как корректор в оркестре выправляет фальшивые ноты. Благодаря этому перенос населённости можно выполнить быстрее, не теряя точности. Характерные времена когерентности транзмонов достигают миллисекунд, а связь кубита с резонатором в сильном режиме превышает скорость декогерентности, поэтому такие трюки реально осуществить.

Квантовый оркестр сверхпроводящих цепей уже играет не только для красоты. Те же протоколы, что позволяют управлять населённостями, ложатся в основу квантовых вентилей, квантовой памяти и однофотонных источников. Когда-то атомы были единственными музыкантами в этом ансамбле, а теперь к ним присоединились рукотворные инструменты, которые можно штамповать на фабрике, как микросхемы. Тишина абсолютного нуля наполнилась музыкой квантовых состояний, и дирижёрская палочка импульсов ведёт её всё увереннее.