Ожидается, что квантовые технологии смогут существенно ускорить научно?технический прогресс. Однако их развитие сдерживается высокой чувствительностью к внешним воздействиям. Недавнее открытие предлагает способ повысить их устойчивость и надежность. Какие преимущества это может принести человечеству — в материале РИА Новости.
Хрупкая мощь
Внедрение квантовых разработок способно кардинально преобразить многие области жизни. Ученые предсказывают прорывы в медицине, энергетике, логистике, криптографии, создании новых материалов и прочих сферах. Но серьезная преграда между теорией и практикой — экстремальная уязвимость квантовых систем. Любое крошечное взаимодействие с окружением — вибрации, колебания температуры или даже единичный фотон — разрушает суперпозицию и запутанность кубитов (квантовых битов). Это явление известно как декогеренция. Из?за него кубиты быстро теряют информацию о своем квантовом состоянии, и расчеты выходят из строя. Чтобы минимизировать внешние воздействия, системы охлаждают до температур, близких к абсолютному нулю (около ?273 °C), помещают в вакуум и экранируют от электромагнитных полей. Тем не менее таких мер пока недостаточно. В результате значительная часть вычислительных мощностей уходит не на сами задачи, а на коррекцию ошибок и поддержание стабильной работы устройства.
Бит и кубит
Один из подходов к решению проблемы — разработка так называемых топологических кубитов. Суть идеи в том, чтобы кодировать квантовую информацию не в локальном состоянии отдельной частицы, а в геометрическом, топологическом свойстве системы, что делает её менее уязвимой к локальным возмущениям. «Термин «топология» пришел из математики, где он помогает отличать определенные геометрические структуры, — поясняет соавтор нового исследования Сильке Бюлер?Пашен. — Так, яблоко топологически эквивалентно булочке: булочку можно деформировать в форму яблока без принципиальных изменений. А вот булочка и пончик различаются: у пончика есть отверстие, которое нельзя получить простыми деформациями». Аналогично можно описать состояния вещества: скорость и энергия частиц — и даже направление их спина относительно движения — могут подчиняться определенным геометрическим законам. Это важно, потому что топологические характеристики оказываются очень стойкими: незначительные нарушения, например дефекты в материале, не меняют этих свойств — как небольшие деформации не превратят пончик в яблоко. Именно поэтому топологические эффекты рассматриваются как перспективный способ хранения квантовой информации. И недавно в области топологических материалов зарегистрировали важное открытие.
Хаос и устойчивость
Международная команда ученых при Венском техническом университете провела эксперимент с материалом на основе церия, рутения и олова (CeRu…) и обнаружила состояние вещества, которое ранее считалось невозможным.