Впервые стабильный кубит для квантовых компьютеров получен при комнатной температуре
Этот прорыв является важным шагом вперед в развитии технологии квантовых компьютеров.
Исследователям удалось достичь квантовой когерентности при комнатной температуре – это способность квантовой системы поддерживать четко определенное состояние, не подвергаясь влиянию внешних возмущений. Этот прорыв является важным шагом вперед в развитии квантовых компьютеров. С ними легче работать, если не придется охлаждать их до невероятно низких температур.
Фундаментальной единицей информации квантовых компьютеров являются кубиты. Они, как правило, состоят из нескольких частиц, запутанных в определенном состоянии.
Это означает, что независимо от расстояния, на котором они находятся, любое взаимодействие с одной из частиц влияет на все частицы. Это чрезвычайно полезно для вычислительной стороны, но запутанное состояние очень нестабильно.
В новой работе ученые достигли запутанного квинтетного состояния электронов. Им удалось создать его, используя хромофор — молекулу красителя, которая поглощает свет и излучает определенную длину волны (или цвет), что делает ее идеальной для возбуждения электронов определенным образом, чтобы добраться до синглета.
Но одного этого недостаточно. Хромофор был встроен в металлоорганический каркас (MOF, metal-organic framework), представляющий собой нанопористый кристаллический материал.
MOF не только был выбран для накопления большого количества хромофоров, но и для ограничения их угла движения. Они способны двигаться настолько, что, излучая цвет, возбуждают электроны в квинтетном состоянии, но ограничения движения подавляют тряску, которая привела бы к разрушению состояния.
«Это первая квантовая когерентность запутанных квинтетов при комнатной температуре», — сказал в своем заявлении соавтор работы, профессор Ясухиро Кобори из Университета Кобе.
Команда ученых смогла использовать микроволновый свет, чтобы проверить состояние системы, показав, что она оставалась в квантовой когерентности более 100 наносекунд. Это крошечная доля секунды, но она показывает, что квантовая когерентность достижима при комнатной температуре.
«В будущем можно будет более эффективно генерировать кубиты с квинтетным мультиэкситонным состоянием, ища молекулы-гости, которые могут вызывать больше таких подавленных движений, и разрабатывая подходящие структуры MOF», — предполагает старший автор, доцент Нобухиро Янай из Университета Кюсю.
«Это может открыть двери для молекулярных квантовых вычислений при комнатной температуре, основанных на множественном управлении квантовыми вентилями и квантовом распознавании различных целевых соединений».
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.