Два атома против хаоса: рекорд квантовой памяти экспресс
Обычный квантовый бит разрушается от малейшего воздействия — тепла, магнитного поля. Физики заставили работать пару атомов, чтобы беспорядок не уничтожал запись. Информация кодировалась не в каждом атоме, а в разнице их состояний — как натяжение верёвки между двумя буйками. Любой шум качает оба буйка одинаково, поэтому расстояние между ними неизменно. С помощью точного лазерного слежения учёные отслеживали эту разницу.
Эксперимент с ионами иттербия показал: связанная пара удерживала квантовую информацию 10,5 часов — словно верёвка между буйками остаётся натянутой весь штормовой день. Такая стабильность сравнима с точностью пульсаров. Одиночный кубит прежде разрушался за час. За это время можно выполнить 36 миллиардов операций без ошибок — больше, чем потребуется большинству квантовых компьютеров. Метод развивает работы Дэвида Уайнленда, пионера ионных ловушек, и открывает путь к надёжным системам без громоздкой защиты.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.19631
Quantum systems promise to revolutionize information processing science and technology [1-3]. The preservation of quantum coherence, the defining property of qubits, fundamentally constrains the performance of quantum information processing with quantum memories [4]. While trapped atomic ions theoretically support million-year coherence based on spontaneous emission [5-7], experimental demonstrations have reached far less, only about an hour [8-13]. Here we combine clock-state qubits with decoherence-free subspace (DFS) encoding to achieve coherence exceeding ten hours. Using correlation-based phase tracking in 171Yb+ ion pairs sympathetically cooled by 138Ba+ ion, we demonstrate this without magnetic shielding or enhanced microwave phase stabilization that previously limited coherence times. DFS encoding references the qubit phase to the inter-ion energy difference to reject microwave phase noise and common-mode magnetic fluctuations, while clock states provide environmental insensitivity. Throughout measurements extended to 1600 seconds, we observe minimal coherence decay, with exponential fits yielding a coherence time of (3.77 +/- 1.09) x 10^4 seconds. Our results establish DFS encoding as a form of passive error correction that eliminates technical noise constraints, unlocking the million-year coherence potential of atomic ions for scalable quantum information processing.
Если бы квантовая операция длилась одну микросекунду, за 10 часов можно было бы выполнить 36 миллиардов таких операций без единой ошибки.
Такая стабильная память напоминает вычислительное ядро из романа «Квантовый вор», способное хранить личность вечно.