Учёные научились сохранять квантовую когерентность бесконечно долго

Международная группа учёных экспериментально продемонстрировала квантовую систему, которая может сохранять свою когерентность, то есть свойство находиться одновременно в двух и более состояниях, сколь угодно долго даже при комнатных температурах. Это должно упростить создание квантовых компьютеров. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Physical Review Letters (arXiv).

Квантовая когерентность является отличительным свойством квантовых объектов и заключается в том, что такие объекты могут в некотором смысле находиться сразу в нескольких состояниях. Это свойство лежит в основе работы квантовых компьютеров и определяет их превосходство над компьютерами обычными. Если в обычных компьютерах каждый бит обрабатываемой информации может находиться или в состоянии 0, или в состоянии 1, то в квантовых компьютерах квантовые биты - кубиты - находятся сразу и в состоянии 0, и в состоянии 1. Таким образом, там где в обычном компьютере требуется два вычисления, чтобы сначала посмотреть результат с 0, а затем результат с 1, в квантовом компьютере можно провести одно вычисление сразу с обоими значениями.

К сожалению, из-за взаимодействия с окружающей средой квантовая когерентность быстро нарушается. Этот процесс, носящий название декогеренции, существенно усложняет создание квантовых компьютеров. Существующие методы борьбы с декогеренцией обладают теми или иными недостатками, поэтому в обсуждаемой работе был применён принципиально новый метод, разработанный этой же группой ранее.

Метод заключается в том, что если имеется система квантовых объектов, например, несколько кубитов, объединённых между собой, то её можно организовать таким образом, что декогеренция будет действовать только на некоторые из параметров системы, но другие — говорят, что они перпендикулярны первым — будут сохранять свою когерентность неограниченно долго. Именно они и могут быть использованы для квантовых вычислений.

В ходе эксперимента учёным удалось продемонстрировать сохранение квантовой когерентности систем из двух кубитов в течение сотен миллисекунд при комнатной температуре.

Аналогичный механизм может работать в фотосинтезирующих молекулах, которые также находятся в тесном контакте с окружающей средой, но при этом, по всей видимости, используют квантовые процессы для преобразования энергии падающего на них света в биохимическую энергию. Эта гипотеза, однако, требует дальнейших исследований.


Источник: Forever quantum: physicists demonstrate everlasting quantum coherence // phys.org

comments powered by Disqus