Ученые из Венского университета преодолели главное препятствие в квантовых вычислениях, увеличив время жизни магнитных волн (магнонов) почти в 100 раз. Статья опубликована в журнале Science Advances.
Магноны — это крошечные волны намагниченности, которые движутся через магнитные твердые тела, подобно ряби на воде. Поскольку длина их волны может сжиматься до нескольких нанометров, квантовые схемы на их основе в будущем смогут помещаться на чипах, сопоставимых по размеру с чипами в обычных смартфонах.
Годами главной проблемой этой технологии был крайне короткий срок жизни магнонов: они существовали лишь несколько сотен наносекунд, исчезая слишком быстро, чтобы успеть сохранить или передать квантовую информацию. Теперь международной исследовательской группе удалось продлить их жизнь до 18 микросекунд.
Этот прорыв превратил ранее мимолетные сигналы в надежные носители квантовой информации. По своим характеристикам магноны теперь приближаются к сверхпроводящим кубитам, используемым в самых передовых квантовых процессорах современности, что открывает невероятные перспективы для масштабирования систем.
Материалы важнее законов физики
Чтобы достичь таких результатов, исследователи применили два метода. Во-первых, они использовали коротковолновые магноны, которые менее чувствительны к поверхностным дефектам кристаллов. Во-вторых, сверхчистые сферы из железо-иттриевого граната (YIG) были охлаждены до экстремальной температуры в 30 милликельвинов, что заморозило разрушительные тепловые процессы.
Самым удивительным открытием стало то, что срок жизни магнонов ограничивается не фундаментальными законами физики, а качеством материала, через который они проходят. Чем чище был кристалл, тем дольше жили магнитные волны, а значит, дальнейший прогресс зависит исключительно от развития материаловедения.
При достигнутом времени жизни в 18 микросекунд магноны могут служить надежной квантовой памятью и каналами связи с низкими потерями. Они обладают потенциалом соединить сотни кубитов через общий путь, создавая давно искомую «квантовую шину» для масштабирования компьютеров будущего.
Ранее ученые провели квантовый эксперимент, который преодолел прежние ограничения точности.
