В мире стремительного развития квантовой вычислительной техники, где кубиты – крошечные квантовые биты – служат фундаментом для революционных технологий, ученые из Университета Аалто в Финляндии совершили прорыв. Вместе с международной командой исследователей они впервые экспериментально доказали, что потеря когерентности у сверхпроводящих кубитов напрямую связана с рассеиванием тепла. Эта фундаментальная находка, опубликованная в авторитетном журнале Nature Nanotechnology, открывает новые горизонты для совершенствования квантовых вычислений.
Джозефсоновские Переходы: Сердце Квантового Мира
Основой современных квантовых компьютеров и ультрачувствительных детекторов служат сверхпроводящие джозефсоновские переходы – крошечные, но невероятно мощные элементы, формирующие кубиты. Благодаря эффекту Джозефсона, эти переходы, словно волшебные мостики, позволяют пропускать сверхтоки без потерь напряжения, открывая путь к беспрецедентной скорости обработки информации.
Однако, как и в любом высокотехнологичном устройстве, возникают «проблемные зоны». Ключевым вопросом оставалась природа и местоположение потерь энергии в этих переходах, влияющих на долговечность когерентности кубитов – их способности сохранять квантовые состояния.
Тепловое Рассеяние: Невидимый Враг Квантовых Вычислений
Внезапное Озарение
Баян Карими, научный сотрудник исследовательской группы Pico в Университете Аалто и автор исследования, поясняет: «Мы долго искали способ измерить эти потери, опираясь на наш опыт в области квантовой термодинамики. И вот – открытие! Ранее не учтенная потеря энергии связана с тепловым излучением, испускаемым самими кубитами и распространяющимся по выводам.
Представьте: вы сидите у костра на берегу моря. Воздух вокруг остается прохладным, но вы ощущаете тепло от пламени. Аналогично, тепловое излучение, хоть и слабое, покидает кубиты при каждом фазовом переходе, рассеивая их энергию.
Эксперимент: От Матрицы к Единице
Ранее подобные потери были замечены при наблюдении за большими массивами джозефсоновских переходов. Однако Карими, Юкка Пекола (руководитель группы Pico) и их команда пошли дальше – они сфокусировались на одном единственном переходе, создав сверхчувствительный поглотитель тепла рядом с ним. Это позволило им «услышать» едва уловимое тепловое излучение в широком диапазоне частот до 100 гигагерц.
В этом исследовании приняли участие ведущие специалисты: профессор Чарльз Маркус из Вашингтонского университета и Института Нильса Бора, а также чистые помещения OtaNano – национальной финской инфраструктуры для микро- и нанотехнологий, где были изготовлены устройства для эксперимента.
Значение Открытия
Эта фундаментальная работа имеет колоссальное значение для будущего квантовых вычислений. Понимание механизмов теплового рассеяния позволит:
- Улучшить когерентность кубитов: Длительное сохранение квантового состояния – залог более сложных и мощных вычислений.
- Создать более совершенные квантовые компьютеры: Это откроет двери для решения задач, недоступных классическим компьютерам, таких как моделирование сложных молекул, разработка новых лекарств и материалов.
Открытие финских физиков – это не просто шаг вперед в науке, а мощный толчок к реализации полного потенциала квантовой революции.
