Сотрудники Казанского федерального университета и Казанского квантового центра продемонстрировали оригинальную схему прототипа многорезонаторной широкополосной многокубитовой квантовой памяти. Ее эффективность оказалась выше, чем у разработанных другими научными коллективами аналогичных устройств. О полученных научных результатах сообщается в статье, опубликованной в Scientific Reports.

Квантовый компьютер, в отличие от обычного, оперирует не битами, а кубитами, которые благодаря законам квантовой физики могут одновременно хранить в себе и логический ноль, и единицу. Квантовый компьютер, способный оперировать достаточным большим количеством кубитов, сможет справляться с некоторыми чрезвычайно трудными для обычного компьютера задачами.

«Разработанная коллективом казанских ученых схема многорезонаторной микроволновой квантовой памяти позволила экспериментально достичь квантовой эффективности 16,3% в сохранении микроволновых полей при комнатной температуре, что значительно превзошло недавние результаты, полученные в мире для микроволновой квантовой памяти на электронных ансамблях, находящихся при гелиевых температурах, — сказал директор Казанского квантового центра Сергей Моисеев. — Также мы показали, что квантовая эффективность данной памяти может быть более 99% при переходе к достаточно низким температурам, которые используются в схемах квантового компьютера, создаваемого на сверхпроводящих кубитах».

В России в марте этого года была создана вычислительная система из двух сверхпроводящих кубитов, которая в дальнейшем должна стать основой для разработки квантовых компьютеров и систем шифрования данных. В лабораториях Михаила Лукина (Гарвардский университет) и Джона Мартиниса (компания Google) недавно были созданы первые прототипы квантовых компьютеров на 50 кубитах. В ближайшее время планируется с их помощью продемонстрировать преимущество квантовых компьютеров над классическими.

«Главные достижения последних лет в области создания квантового компьютера на сверхпроводящих кубитах связаны не столько с увеличением количества взаимодействующих кубитов, сколько со значительным увеличением времени жизни сверхпроводящего кубита — до 100 микросекунд, — отметил руководитель коллектива Олег Шерстюков. — Однако увеличивать его и дальше невозможно по фундаментальным физическим причинам. В связи с этим особую актуальность приобрела проблема разработки многокубитовой микроволновой долгоживущей квантовой памяти для квантовых компьютеров».

Несколько лет российские и зарубежные ученые трудятся над созданием памяти для квантового компьютера.

«При этом наибольшие экспериментальные успехи в разработке высокоэффективной и многомодовой оптической квантовой памяти были достигнуты на основе схемы обратимого фотонного эха на ансамбле атомов, предложенной и обоснованной в наших работах», — поясняет Моисеев.

В 2010 году ученые Казанского квантового центра доказали, что квантовая память на фотонном эхе может быть реализована в оптимальном оптическом резонаторе, это открыло возможность создания многокубитовых интегральных схем квантовой памяти и ее первую реализацию в микроволновом диапазоне частот.