1789
У майбутніх квантових мережах інформацію між вузлами можуть переносити не лише фотони світла, а й фонони — кванти механічних коливань, тобто надзвичайно малі звукові хвилі. Дослідники Harvard SEAS показали, що ті самі механічні коливання можуть виконувати ще одну роботу: захищати квантову пам’ять від шуму. У експерименті час когерентності spin qubit у алмазі вдалося збільшити приблизно утричі.
Квантовий чип із фононною порожниною
Квантова пам’ять повинна дуже довго зберігати крихкий стан суперпозиції.
Будь-який шум із довкілля поступово руйнує фазові зв’язки, і система втрачає корисну квантову інформацію.
Цей процес називають decoherence.
Одним із перспективних типів пам’яті є spin електрона біля silicon-vacancy defect у алмазі.
Такий qubit можна добре контролювати й інтегрувати в нанофотонні та наномеханічні структури.
Команда Marko Lončar давно працює з phononic cavities — мікроскопічними резонаторами, які утримують механічні коливання.
Фонони мають кілька переваг перед світлом на масштабі чипа.
За однакової частоти їхня довжина хвилі значно менша, тому пристрої можна робити компактнішими.
Фонони також здатні добре взаємодіяти і зі spin states, і з електромагнітними полями, що робить їх зручними для hybrid quantum systems.
Головною проблемою була когерентність.
Традиційно qubit захищають серіями microwave pulses, які відокремлюють його від низькочастотного шуму.
Але всередині phononic cavity такий підхід працює неідеально.
Команда використала іншу ідею: безперервно «одягнула» spin qubit механічним полем.
До qubit постійно подавали кероване поле фононів.
У такому dressed state система ставала менш чутливою до повільних флуктуацій середовища.
Важливо, що для захисту використовували той самий тип механічної взаємодії, який у майбутній мережі повинен передавати квантову інформацію між вузлами.
Тобто фонон отримує подвійну функцію — бути носієм сигналу й одночасно підтримувати стабільність пам’яті.
В експерименті coherence time silicon-vacancy spin зріс приблизно в три рази.
Це ще не готова квантова мережа, але метод розв’язує конкретну інженерну суперечність між сильною взаємодією qubit із фононами та необхідністю довго зберігати його стан.
Роботу опублікували в Nature Physics, і наступний етап — інтегрувати такий захист у складніші чипові системи з кількома квантовими вузлами.
