Физики обошли принцип неопределенности Гейзенберга

Физики Университета Аалто впервые в истории применили новый способ считывания информации из кубитов квантового компьютера с помощью сверхчувствительных тепловых детекторов. Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Nature Electronics, это позволяет обойти ограничения, накладываемые принципом неопределенности Гейзенберга, и избежать декогеренции.

Для проведения измерений кубита, который может находиться в суперпозиции состояний «1» и «0», обычно используют устройства, называемые параметрическими усилителями. Эти устройства усиливают слабые сигналы, принимаемые от кубитов, однако из-за принципа неопределенности Гейзенберга это порождает нежелательный шум и может привести к декогеренции кубитов, то есть к потере квантово-механических свойств.

В данном случае принцип неопределенности запрещает одновременно точно знать напряжение и ток — основные параметры сверхпроводящего кубита, в качестве которого выступают электронные пары.

В новой работе в качестве сверхчувствительных детекторов использовались тепловые болометры — приемники инфракрасного излучения. Поскольку болометр измеряет мощность или количество фотонов, он необязательно добавляет квантовый шум, вытекающий из принципа неопределенности Гейзенберга, как это делают параметрические усилители. В отличие от усилителей, болометры очень тонко распознают микроволновые фотоны, излучаемые кубитом.

Однократная точность — показатель, который физики используют для определения того, насколько точно устройство может обнаружить состояние кубита всего за одно измерение, а не за среднее значение нескольких измерений. В ходе экспериментов удалось получить однократную точность 61,8 процента при длительности считывания примерно 14 микросекунд. С поправкой на время релаксации энергии кубита точность возрастает до 92,7 процента.

Ученые отмечают, что в будущем болометры, скорее всего, достигнут желаемой точности, составляющей 99,9 процента за 200 наносекунд. Этого можно добиться, например, за счет замены материала болометра с металла на графен, который имеет более низкую теплоемкость и может обнаруживать очень небольшие изменения.