Международная группа ученых из России, Великобритании и Германии продемонстрировала альтернативную конструкцию кубита, которую можно использовать для того, чтобы создать квантовый компьютер. Основным элементом этой конструкции стали нано-проволоки из сверхпроводника. Уже в первых экспериментах новый сверхпроводниковый кубит показал себя не хуже традиционных, построенных на джозефсоновских переходах. Работа исследователей опубликована в Nature Physics.

Существует несколько подходов к созданию кубитов — ячеек кантового компьютера. Например, созданы кубиты, работающие в оптическом диапазоне. Однако их сложно масштабировать, в отличие от кубитов на сверхпроводниках, работающих в радиодиапазоне и основанных на так называемых джозефсоновских переходах. Каждый такой переход представляет собой разрыв сверхпроводника, а, точнее, слой диэлектрика, через который туннелируют электроны.

Новый кубит основан на эффекте квантового проскальзывания фазы – контролируемого периодического разрушения и восстановления сверхпроводимости в сверхтонкой (порядка 4 нм толщиной) нано-проволоке, которая в обычном состоянии имеет довольно большое сопротивление. Ученым удалось создать новый тип сверхпроводящих устройств, во многом аналогичных СКВИДу (SQUID, Superconducting Quantum Interference Device — «сверхпроводящий квантовый интерферометр», сверхчувствительный магнитометр, основанный на джозефсоновских переходах). Только вместо магнитного поля интерференция в новом устройстве вызывается электрическим полем, меняющем электрический заряд на островке между двумя нано-проволоками. Эти проволочки играют в устройстве роль джозефсоновских переходов, при этом они не требуют создания разрывов и могут быть изготовлены из одного слоя сверхпроводника.

Ученые показали, что эта система может работать как зарядовый интерферометр.

«Если проволочку разбить на два участка, сделать в центре утолщение, то, меняя затвором заряд на этом утолщении, можно фактически делать периодическую модуляцию процесса квантового туннелирования магнитных квантов через проволоку, что и наблюдается в этой работе», — один из авторов новой работы, заведующий лабораторией «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСиС Алексей Устинов.

Это ключевой момент, доказывающий, что эффект управляемый и когерентный, и что его можно применить для создания кубитов нового поколения. Речь идет о кубитах, обладающих не меньшей (а может, и большей) функциональностью, но гораздо более простых в изготовлении.