Российские физики предложили использовать нейтральные атомы тулия для квантовых компьютеров с долговременной памятью. В Физическом институте имени Лебедева РАН (ФИАН) сообщили ТАСС, что ученым удалось удерживать атомы в стабильном квантовом состоянии рекордные 55 секунд — одно из лучших достижений в мире.
Исследователи из ФИАН и Российского квантового центра изучили свойства нейтральных атомов тулия как кубитов и показали, что их квантовое состояние можно эффективно контролировать с помощью микроволн и лазеров. «Главное достижение — удержание стабильного квантового состояния до 55 секунд. Также мы предложили метод «переключения» кубитов между основным состоянием и метастабильным с временем жизни 112 миллисекунд. Это позволяет защитить квантовую информацию от помех и реализовать протоколы для повышения точности квантовых вычислений», — отметил соавтор исследования, директор ФИАН академик Николай Колачевский.
Тулий — редкоземельный элемент с богатой энергетической структурой. Кубиты на его основе кодируются в сверхтонких подуровнях основного состояния атома. Разница энергии между подуровнями соответствует микроволновой частоте 1497 МГц. Воздействие на этой частоте позволяет управлять состоянием кубита. Подуровни почти не реагируют на колебания внешнего магнитного поля, поэтому информация в таком кубите может сохраняться десятки секунд, что для квантовых систем считается очень большим временем.
По словам научного сотрудника лаборатории «Оптика сложных квантовых систем» ФИАН Дениса Мишина, длительное сохранение когерентности помогает повысить качество квантовых операций и позволяет использовать протоколы промежуточного хранения информации, аналогичные оперативной памяти обычных компьютеров.
Атомы тулия также интересны тем, что на одной платформе можно реализовать протоколы, характерные для щелочных элементов, таких как рубидий и цезий, и для щелочноземельных, например, стронций и иттербий. «Кубиты на основе тулия демонстрируют точность и надежность квантовых операций, а также дают возможность управлять энергетическими состояниями атомов с помощью оптики, что открывает широкий спектр квантовых алгоритмов», — добавил Мишин.
В ФИАН отметили, что эксперименты проводились на установке, созданной для разработки компактных сверхточных оптических часов на атомах тулия. Это подтверждает, что атомы тулия представляют собой многофункциональную платформу с потенциалом для разных направлений квантовых технологий.