Обратный эффект Мпембы, продемонстрированный на кубите с одним захваченным ионным атомом

Хорошо известно, что при определенных обстоятельствах теплая жидкость замерзает быстрее, чем холодная. Это явление изучал танзанийский старшеклассник по имени Эрасто Мпемба в 1960-х годах. Было обнаружено, что при других обстоятельствах также происходит обратный эффект Мпембы, при котором холодная вода нагревается быстрее, чем горячая. В этой новой работе исследовательская группа продемонстрировала, что такие эффекты могут происходить в квантовом масштабе. Группа физиков из Института науки Вейцмана в Израиле успешно продемонстрировала обратный эффект Мпембы на квантовом уровне с использованием одиночных захваченных ионов. В своем исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, группа продемонстрировала эффект, захватив ион стронция-88, связанный с внешней термальной ванной. Ион сначала охлаждался (или нагревался) с помощью лазеров, а затем вступал во взаимодействие с теплой (или холодной) ванной, которая нагревалась (или охлаждалась) с помощью второго лазера, что приводило к медленной декогеренции его квантового состояния.

В России разработан уникальный модуль для сверхпроводниковых квантовых компьютеров

Командой ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова» и МГТУ им. Н.Э. Баумана на базе совместного исследовательского центра «Функциональные Микро/Наносистемы» (НОЦ ФМН) разработан модуль считывания на базе широкополосных параметрических криоусилителей для высокоточного считывания состояний кубитов. Коэффициент усиления устройств превышает 15 дБ в широкой полосе рабочих частот свыше 500 МГц при мощности насыщения -100 дБм и шумовой температуре системы на уровне теоретического предела порядка 350 миликельвин. Выводимый на рынок модуль считывания позволяет более чем в 10 раз повысить точность считывания состояний сверхпроводниковых кубитов при реализации сложных квантовых алгоритмов.

Анизотропное обменное взаимодействие двух кубитов со спином дырок

Исследователи из Базельского университета и NCCR SPIN добились первого контролируемого взаимодействия между двумя кубитами со спином дырок в обычном кремниевом транзисторе. Квантовому компьютеру для выполнения вычислений нужны "квантовые ворота". Они представляют собой операции, которые манипулируют кубитами и связывают их друг с другом. Как сообщают исследователи в журнале Nature Physics, им удалось соединить два кубита и вызвать контролируемый переворот одного из их спинов в зависимости от состояния спина другого — известный как управляемый переворот спина. Связь двух спиновых кубитов основана на их обменном взаимодействии, которое происходит между двумя неразличимыми частицами, взаимодействующими друг с другом электростатически. Удивительно, но обменная энергия дырок не только электрически управляема, но и сильно анизотропна.

Двухосное управление спиновым кубитом в реальном времени

Международное сотрудничество под руководством ученых из Института Нильса Бора (NBI) Копенгагенского университета продемонстрировало метод, который позволяет использовать шум для обработки квантовой информации. В результате производительность фундаментальной квантовой вычислительной единицы информации — кубита — увеличивается на 700%. Эти результаты опубликованы в журнале Nature Communications. Для ускорения были использованы программируемая пользователем вентильная матрица и машинное обучение. Идея в том, чтобы проводить измерения и анализ в одном и том же микропроцессоре, который настраивает систему в реальном времени. В противном случае схема не будет достаточно быстрой для приложений квантовых вычислений.

Микроловушка Пеннинга для квантовых вычислений

Экспериментально продемонстрировано, что ионные ловушки, подходящие для использования в квантовых компьютерах, могут быть построены с использованием статических магнитных полей вместо осциллирующих. В этих статических ловушках с дополнительным магнитным полем (ловушки Пеннинга) реализовывался как произвольный транспорт, так и необходимые операции для будущих суперкомпьютеров. Исследователи недавно опубликовали свои результаты в научном журнале Nature. Установлено, что энергетические состояния кубита захваченного иона можно контролировать, сохраняя квантово-механические суперпозиции. Когерентный контроль работал как с электронными (внутренними) состояниями иона, так и с (внешними) квантованными колебательными состояниями, а также для связи внутренних и внешних квантовых состояний.

Сверхпроводящий кубит на основе скрученных купратных гетероструктур Ван-дер-Ваальса

Исследователи из Института сложных систем CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche), Института химической физики твердого тела Макса Планка и других институтов по всему миру недавно представили новый сверхпроводящий кубит с емкостным шунтированием, который они назвали «флауэрмоном». Этот кубит, представленный в Physical Review Letters, основан на скрученных купратных гетероструктурах Ван-дер-Ваальса. Новый кубит, представленный исследователями, по существу состоит из одного перехода Ван-дер-Ваальса-Джозефсона BSCCO. Этот переход имеет угол закручивания около 45°, шунтируется большим конденсатором и считывающим сверхпроводящим резонатором.

Экспериментальное исследование флуктуаций в квантовых устройствах

Используя платформу квантового отжига D-Wave, обнаружено, что флуктуации могут снизить общую энергию взаимодействующих магнитных моментов, и это понимание может помочь снизить стоимость квантовой обработки в устройствах. Учёные исследовали сложное взаимодействие примерно 2000 кубитов внутри асимметричной гексагональной решетки. Они фиксировали влияние факторов, которые вызывают беспорядок на магнитные моменты — небольшого магнитного поля, создаваемого сверхпроводящими кубитами. Результаты доказали противоречивый аргумент: при некоторых физических условиях конфигурации с кластерным распределением дефектов становятся более вероятным состоянием, бросая вызов традиционным предположениям о взаимосвязи между беспорядком и энтропией.

Логический квантовый процессор на основе реконфигурируемых массивов атомов

Команда физиков, компьютерщиков и специалистов по информационным машинам из Гарвардского университета, работая с коллегами из QuEra Computing Inc., Университета Мэриленда и Массачусетского технологического института, создала квантовый компьютер с самым большим в истории количеством логических квантовых битов. Логические кубиты — это группы кубитов, связанных посредством квантовой запутанности. Вместо того чтобы полагаться на избыточные копии информации в качестве протокола исправления ошибок, машины на основе логических кубитов полагаются на встроенную избыточность запутанности. Для этого нового исследования исследовательская группа создала квантовый компьютер с 48 логическими кубитами, что является наибольшим показателем.

Спектр корреляции шума для пары спиновых кубитов в кремнии

Чтобы создать высокопроизводительные квантовые компьютеры, исследователи должны иметь возможность надежно получать информацию о шуме внутри них, а также определять эффективные стратегии по подавлению этого шума. За последние годы в этом направлении был достигнут значительный прогресс, благодаря которому ошибки в работе различных платформ квантовых вычислений не превышают 1%. Исследовательская группа из Токийского технологического института и RIKEN недавно приступила к надежной количественной оценке корреляций между шумом, создаваемым парами полупроводниковых кубитов, которые очень привлекательны для разработки масштабируемых квантовых процессоров. Их статья, опубликованная в журнале Nature Physics, выявила сильные корреляции межкубитного шума между парой соседних кремниевых спиновых кубитов.

Новая архитектура квантовых вычислений обеспечивает кубит электронного заряда со временем когерентности 0,1 миллисекунды

Последовательность является основой эффективного общения, будь то письменное, устное общение или обработка информации. Этот принцип распространяется на квантовые биты или кубиты. Квантовый компьютер однажды сможет решить ранее непреодолимые проблемы в области прогнозирования климата, дизайна материалов, открытия лекарств и многого другого. Команда, возглавляемая Аргоннской национальной лабораторией Министерства энергетики США (DOE), достигла важной вехи на пути к будущим квантовым вычислениям. Они увеличили время когерентности своего нового типа кубита до впечатляющих 0,1 миллисекунды — почти в тысячу раз лучше, чем предыдущий рекорд. Исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.