Кубит, который не боится шума экспресс
Обычный сверхпроводящий кубит похож на качели, которые раскачивает любой порыв ветра. Малейшее изменение электрического заряда рядом — и квантовое состояние уже испорчено. В новой работе физики сделали качели с тяжёлым основанием: заряд на островке кубита может меняться только парами, как будто монетки кидают в копилку строго по две. Это и есть защита от зарядового шума.
Схема называется $\cos(2\varphi)$-кубит. В ней туннельный контакт пропускает только пары куперовских пар — связанные четвёрки электронов. В эксперименте наблюдали расщепление двух состояний с противоположной чётностью на 13,6 мегагерца. Это в сто раз меньше, чем в прежних версиях, поэтому случайные зарядовые толчки почти не влияют на кубит. Удалось даже управлять им когерентно и считывать состояние за один выстрел.
Но у медали есть обратная сторона. Низкая частота переходов делает кубит уязвимым к магнитному шуму в петле туннельного элемента. Время жизни $T_1$ составило 70 микросекунд, а время когерентности с эхо-импульсом — 2,5 микросекунды. Эти цифры пока скромнее, чем у лучших обычных кубитов, но потенциал огромен: если справиться с магнитным шумом, зарядовые потери уйдут далеко за пределы 10 миллисекунд.
Авторы предлагают два пути: градиометрические схемы, где магнитное поле компенсируется, или новые элементы с туннелированием четырёх электронов. Если это получится, квантовые компьютеры станут заметно надёжнее без сложной коррекции ошибок.
Куперовские пары — это электроны, которые при сверхнизких температурах объединяются в пары и текут без сопротивления. В этом кубите они туннелируют только четвёрками, как вагонетки, сцепленные по две.
Идея защиты квантовой информации от шума напоминает «топологическую изоляцию» из романа Грега Игана «Лестница Шильда», где данные хранятся в устойчивых узлах пространства.