Одним из главных вызовов в развитии квантовых вычислений остаётся проблема памяти. Без устойчивого хранения квантовых состояний невозможно построить квантовый интернет или выполнять сложные расчёты. Команда исследователей из Калифорнийского технологического института (Caltech) предложила необычное решение: использовать звуковые волны для записи и хранения квантовой информации.

Почему это важно

Квантовые состояния чрезвычайно хрупкие и быстро теряются. В сверхпроводящих кубитах они удерживаются с помощью электромагнитных полей, однако из-за слишком высоких частот время хранения крайне мало. Если же «перевести» информацию в форму звуковых колебаний, то её можно удерживать значительно дольше.

Эксперимент Caltech показал, что хранение квантовой информации с помощью звука позволяет увеличить время удержания в 30 раз по сравнению с лучшими современными сверхпроводящими кубитами.

Как работает квантовая память на звуке

Учёные создали гибридное устройство, в котором сверхпроводящий кубит интегрирован с миниатюрным механическим генератором — по сути, крошечным «камертоном». Он преобразует электрические сигналы в акустические волны гигагерцового диапазона, называемые фононами.

• Фононы взаимодействуют с кубитами и удерживают их состояния.

• Механические пластины устройства вибрируют под воздействием звука и позволяют «записывать» и «считывать» квантовую информацию.

• Медленное распространение акустических волн снижает потери энергии и уменьшает риск помех между соседними устройствами.

Таким образом, новая технология выполняет функции квантовой памяти, позволяя значительно продлить «жизнь» квантовых данных.

Ограничения и перспективы

Сейчас основное препятствие — скорость взаимодействия между кубитом и механическим генератором. Чтобы сделать технологию практически применимой, её нужно увеличить как минимум в 3–10 раз.

Тем не менее разработка открывает перспективы:

• создание компактных и энергоэффективных устройств для хранения квантовой информации;

• интеграция множества акустических генераторов на одном чипе;

• масштабирование для использования в квантовых компьютерах и будущих системах квантовой связи.

Итоги

Исследование Caltech демонстрирует, что использование звуковых волн в квантовой памяти может стать революционным направлением. Если технология будет доработана, это приблизит человечество к созданию масштабируемых квантовых вычислительных систем и надёжного квантового интернета.