Изучение технологий, позволяющих обеспечивать высокоскоростную передачу энергии в лабораторных условиях, открыла ученым возможность глубже понять процесс квантовых вычислений.
Новые разработки могут привести к началу новому периоду развития человечества – квантовой эпохе, в которой человечеству будут доступны аккумуляторы с высокоскоростной технологией зарядки, квантовые компьютеры и множество других технических новинок. Эти разработки описаны в работе, опубликованной 8 февраля 2019 года в журнале Science Advances. Над ней трудилась группа ученых из Университета Аалто во главе с Доцентом Сорином Параоану, старшим преподавателем университета на кафедре прикладной физики, и одним из соавторов российского происхождения доктором Сергеем Данилиным.
В ходе лабораторных тестов исследователям удалось совершить трансмон-прыжок более чем на один энергетический уровень за один шаг. Трансмон представляет собой тип сверхпроводящего кубита (квантовый бит), разработанного для снижения чувствительности к зарядовому шуму. Ранее это было возможно только благодаря очень плавной и медленной настройке микроволновых сигналов, управляющих тестовым устройством.
В новой работе благодаря дополнительному микроволновому управляющему сигналу, созданному с применением инновационного способа, ученые смогли очень точно и быстро изменять уровень энергии. «Нам удалось показать, что, постоянно исправляя состояние системы, мы можем управлять этим процессом более быстро и с высокой точностью», -заявил доктор Антти Вепсаляйнен. По словам Данилина, контроль кватума – это сложный процесс использования микросхем, таких как трансмоны, в том числе и для создания квантовых компьютеров.
Новое научное достижение он сравнил с «восхождением по лестнице». «Чтобы получить полезную квантовую систему нужно представить, что вы поднимаетесь по лестнице, держа стакан воды. Это работает, если вы делаете все плавно, но если подниматься слишком быстро, то можно расплескать воду. Конечно, это требует особого навыка», - пояснил ученый. Исследователи обнаружили, что в квантовой технологии хитрость заключается в том, что для быстрого восхождения по лестнице, не проливая воды, нужно осторожно перепрыгивать через две ступеньки каждый шаг.
Такое сокращение «энергетической лестницы» было достигнуто за счет того, что трансмон поглощал два разных микроволновых фотона одновременно. Законы природы накладывают ограничение на скорость переключения квантовой энергии даже при использовании сокращений, и это ограничение называется пределом квантовой скорости. Однако новый метод привел к изменениям уровня энергии на скоростях, которые были близки к текущему теоретически рассчитанному пределу.
Эксперты считают, что их открытие позволит в будущем создавать квантовые компьютеры, которые будут многократно превосходить современные вычислительные машины по своим возможностям. Это может открыть новые способы зарядки аккумуляторов и снять текущие ограничения скорости этого процесса, а также найти применение в различных сферах деятельности.
