Встановлено новий рекорд з тривалості зберігання інформації в квантових бітах
Всі технології квантових обчислень і квантової обробки інформації засновані на інформації, що зберігається в квантових бітах, кубітах. Квантовий стан кубіта є вкрай тендітної річчю, його може порушити навіть самий незначний вплив якого-небудь зовнішнього фактора. Тому, в більшості експериментів час достовірного зберігання квантової інформації було вкрай малим і становило , в залежності від виду експерименту від наносекунд до секунд часу. Але в одному з останніх експериментів, проведених міжнародною групою, у складі якої перебували вчені з Оксфордського університету, велика Британія та університету Саймона Фрезера, Канада, час збереження квантової інформації склало 39 хвилин, що у багато разів перевищила попереднє рекордне час, який дорівнює всього 2 секундам.
У своєму експерименті вчені створили квантову систему, що складається з атомів фосфору, укладених в кристалічній решітці кремнію. Охолодивши все це до температури на 4 градуси вище абсолютного нуля (-269 градусів за шкалою Цельсія), вчені за допомогою впливів зовнішніми магнітними полями помістили всі атоми фосфору в стан квантової суперпозиції, закодований у них певну інформацію. Потім температура квантової системи була піднята до нормальної температури, до 25 градусів за шкалою Цельсія, при цьому, квантові біти продовжували зберігати свій стан протягом тривалого часу. Більш того, ці квантові біти забезпечили збереження інформації при повторному заморожуванню квантової системи до наднизької температури, до температури, при якій знову стало можливим управління кубітами і зчитування інформації, що міститься в них інформації за допомогою лазерного променя світла.
"39 хвилин це просто величезний проміжок часу у порівнянні зі стотисячною часток секунди, що вимагається для перемикання або зчитування напрямку обертання ядра атома фосфору. За цей час можна зробити масу операцій з інформацією, записаною в таких довговічних кубітах, що, безсумнівно, стане дуже корисною властивістю при створенні квантових обчислювальних систем майбутнього, здатних працювати при нормальній температурі навколишнього середовища" - розповідає Стефані Сіммонс (Stephanie Simmons), вчені з Оксфордського університету.
Для того, щоб отримати такі вражаючі результати по тривалості зберігання квантової інформації, вчені перевірили працездатність кубітів з комбінацій різних матеріалів, але найкращі показники продемонстрували атоми фосфору, впроваджені в кристалічну решітку кремнію. Кожен з атомів фосфору має свій момент обертання, квантова складова якого визначає записану у нього інформацію. Обертання ядра атома дозволяє розглядати це як маленький магніт, спрямований у певну сторону. Горизонтальне положення атома розглядається як стан 1, вертикальне - 0, а проміжні положення відповідають стану квантової суперпозиції.
Для того, щоб почати всерйоз замислюватися про застосування атомів фосфору в якості квантових бітів майбутніх обчислювальних систем, науковцям належить ще виконати масу роботи. Вся справа полягає в тому, що всі 10 мільярдів атомів фосфору, які використовувалися в експерименті, були поміщені в однакові квантові стани. Для того, щоб здійснити великомасштабні квантові обчислення фізикам знадобиться можливість поміщення окремих кубітів системи в різні квантові стани. Така можливість розробляється вченими в даний час, а подальші експерименти покажуть, наскільки сильно позначиться характер збереженої квантової інформації на тривалості зберігання цієї інформації.