Изолированные в вакууме электроны, могли бы быть практически идеальными кубитами для хранения квантовой информации. В реальных материалах, движения окружающих атомов вносят возмущения, что, в итоге, приводит к потере данных электронным кубитом.

Работа, которая описана в статье для журнала Physical Review X, указывает возможный путь, ведущий к получению изолированных электронов в отсутствие вакуума. Для этого её авторы, сотрудники Чикагского университета, использовали уникальные особенности взаимодействия электронов со сверхтекучим гелием.

Электроны, левитирующие на высоте примерно 10 нм над поверхностью жидкого гелия, становятся нечувствительными к атомным флуктуациям внизу. Этот эффект был известен и прежде, но экспериментально захват и удержание электронов в такой сверхпроводящий структуре продемонстрированы впервые.

«Сердцем» новой технологии является двумерный сверхпроводящий резонатор, базирующийся на архитектуре cQED (circuit Quantum ElectroDynamics, cQED), которая используется в исследованиях взаимодействий света и вещества.

Из-за своего малого размера электроны обычно очень слабо реагируют на электрические сигналы, но в таком резонаторе, являющемся микроволновым 2D-аналогом интерферометра Фабри-Перо, сигнал переотражается более 10 тыс. раз, давая им больше времени для взаимодействия.

Такую установку спроектировали и построили в кооперации со специалистами из университетского Центра наноматериалов (Center for Nanoscale Materials). Её можно использовать для создания кубита и сохранения его квантовой когерентности. Чикагские физики с её помощью измеряли фотоны, которые покидали резонатор по мере того, как электроны медленно просачивались из ловушки.

Первые опыты охватывали группы из примерно 100 тыс. электронов — слишком много, чтобы управлять ими квантовомеханическими методами. В ходе экспериментов количество электронов постоянно снижалось. Конечная цель — анализировать и контролировать поведение одиночного электрона в ловушке, а также использовать его в качестве кубита квантового компьютера.