Квантовый холодильник с термическим приводом автономно сбрасывает сверхпроводящий кубит

Учёные из Технологического университета Чалмерса (Швеция) и Университета Мэриленда (США) разработали новый тип холодильника, который может автономно охлаждать сверхпроводящие кубиты для записи низких температур, открывая путь для более надежных квантовых вычислений. Устройство описано в статье журнала Nature Physics. Квантовый холодильник основан на сверхпроводящих схемах и питается от тепла из окружающей среды. Он может охлаждать целевой кубит до 22 милликельвинов без внешнего управления. Учёные смогли увеличить вероятность того, что кубит будет находиться в основном состоянии перед вычислением, до 99,97%, что значительно лучше, чем то, чего могли достичь предыдущие методы, то есть между 99,8 и 99,92%. Разница небольшая, но при выполнении нескольких вычислений она приводит к значительному повышению производительности.

Опосредованные полостью колебания iSWAP между далекими спинами

Исследователи из Делфтского технологического университета (TU Delft) разработали многообещающий подход к реализации когерентных квантовых взаимодействий между удаленными полупроводниковыми кубитами. Их статья, опубликованная в журнале Nature Physics, демонстрирует достижение когерентного взаимодействия между двумя кубитами электронного спина на расстоянии 250 мкм друг от друга.

Физики создали первый полностью механический кубит

Команда физиков из ETH Zürich построила первый в мире работающий механический кубит. В своей статье, опубликованной в журнале Science, учёные описывают идею создания такого кубита и приводят данные тестирования. Вместо представления данных только единицами и нулями кубиты могут хранить данные в суперпозиции обоих состояний. Для этого физики создали то, что они описывают как мембрану, похожую на кожуру барабана, которая может удерживать информацию в устойчивом состоянии, вибрационном состоянии или в состоянии, сочетающем в себе и то, и другое одновременно. Для решения проблемы кратковременности в качестве механического резонатора был использован пьезоэлектрический диск, прикрепленный к сапфировому основанию. Затем они прикрепили кубит из сверхпроводящего материала к его собственной сапфировой основе, используя специальную разработанную технологию. В результате появился кубит со временем когерентности, зависящим от типа используемого сверхпроводника, и в среднем лучше, чем у гибридных или виртуальных кубитов, используемых в других системах.

Новый сверхпроводящий кубит может работать без окружения магнитным полем

Команда компьютерных инженеров из Национального института информационных и коммуникационных технологий, корпорации NTT и Университета Нагои разработала, как они утверждают, первый в мире сверхпроводящий кубит, который может работать без необходимости окружающего магнитного поля. В своей статье, опубликованной в журнале Communications Materials, группа описывает, как они использовали ферромагнитный джозефсоновский переход для создания потокового кубита и насколько хорошо он работал. Учёные обнаружили, что использование π-перехода устраняет необходимость в катушках и производимом ими шуме. Он также допускает сдвиг фазы на 180°, что, как отмечают исследователи, позволяет кубиту функционировать независимо там, где он работает с максимальной эффективностью. Чтобы создать π-переход, исследователи объединили ферромагнитное устройство Джозефсона с ранее разработанной технологией нитридных сверхпроводящих кубитов NICT. Проведенные к настоящему моменту испытания показали, что новый тип кубита способен демонстрировать свойства когерентности, хотя они все же немного короче, чем конструкции без π-переходов.

Прямое измерение фазового соотношения тока sin(2φ) в графеновом сверхпроводящем квантовом интерференционном устройстве

Исследователи из Университета Гренобль-Альпы недавно продемонстрировали прямое измерение тонкого эффекта, а именно фазового соотношения тока sin (2φ), в сверхпроводящем квантовом интерференционном устройстве на основе графена, основанном на перестраиваемых затворах графеновых джозефсоновских переходах. Используемый метод измерений, изложенный в статье, опубликованной в Physical Review Letters, может способствовать разработке более стабильных сверхпроводящих кубитов, менее склонных к декогеренции. Экспериментальная установка основывалась на усовершенствованном методе одновременного контроля и считывания текущего фазового соотношения пары джозефсоновских переходов. Показано, что, объединив два графеновых джозефсоновских перехода в сверхпроводящем квантовом интерференционном устройстве, можно получить фазовое соотношение тока sin(2φ) благодаря контролю интерференционных эффектов между куперовскими парами с помощью магнитного поля.

Физики добились сильной связи андреевских кубитов через микроволновый резонатор

Физикам из Базельского университета впервые удалось когерентно соединить два андреевских кубита на макроскопическом расстоянии. Они добились этого с помощью микроволновых фотонов, генерируемых в узком сверхпроводящем резонаторе. Результаты экспериментов и сопутствующих расчетов были недавно опубликованы в журнале Nature Physics, заложив основу для использования связанных андреевских кубитов в квантовой связи и квантовых вычислениях. Результаты показывают превосходное согласие с теоретическими моделями.

Когерентный акустический контроль орбитальных состояний дефектов в пределе сильного воздействия

Исследователи из Корнелльского университета продемонстрировали, что акустические звуковые волны можно использовать для управления движением электрона, вращающегося вокруг дефекта решетки в алмазе. Эта технология потенциально может повысить чувствительность квантовых датчиков и использоваться в других квантовых устройствах. Работа опубликована в журнале PRX Quantum. Был построен микроскопический динамик на поверхности алмазного чипа, который работал на частоте, соответствующей электронному переходу. Используя методы, которые применяются в магнитно-резонансной томографии, был продемонстрирован когерентный контроль одного электрона внутри алмазного чипа. Учёные сделали орбитальную версию спинового резонанса: взяли те инструменты, которые мы знаем из спинового резонанса, например, когерентный контроль и осцилляции Раби, и с помощью акустического резонатора в пару гигагерц отобразили это на орбитальные состояния и увидели, что эти методы по-прежнему применимы.

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.