У кубитов из тулия долгая память
Вести из институтов
Квантовые вычисления — перспективная технология, активные работы над которой ведутся во многих странах, Россия — не исключение. Базовым элементом квантовых компьютеров служат кубиты — устройства, способные хранить информацию. Как и их двоичные аналоги в обычных компьютерах, биты, кубиты допускают два основных состояния — |0> и |1> , но при этом, являясь квантово-механическими системами, они могут также находиться в суперпозиции этих состояний, что позволяет им хранить значительно больше информации. Кроме того, кубиты могут быть запутаны друг с другом, это проявляется в наличии особой корреляции (связи) между ними, которая невозможна в классических системах, но используется в квантовых алгоритмах.
На сегодняшний день среди специалистов пока нет единого мнения о ведущей платформе для создания универсального квантового компьютера. Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки. Так, сверхпроводниковые устройства обладают малым временем выполнения операций и хорошей масштабируемостью, то есть возможностью изменения размера системы. Но они очень чувствительны к внешним воздействиям и легко теряют когерентность (квантовое состояние), что приводит к ошибкам. У них высокая стоимость и сложное управление. Ионные кубиты демонстрируют непревзойдённые времена когерентности и высокую точность работы, но низкую скорость и масштабируемость. Перспективным материалом служат нейтральные атомы, обладающие богатым спектром оптических переходов и метастабильных состояний, на которых и строится их работа. Кубиты из них имеют высокую масштабируемость, длительное время когерентности и возможность размещения большого количества кубитов в небольшом пространстве. Они также позволяют создать гибридные системы, использующие одновременно два или более различных типов частиц, что значительно расширяет инструментарий для квантового моделирования и механизмов коррекции ошибок.
Однако текущие исследования по применению нейтральных атомов в квантовых вычислениях в основном сосредоточены на щелочных металлах (например рубидий и цезий) и щелочноземельных элементах (например стронций и иттербий). Исследователи из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН и Российского квантового центра впервые досконально изучили свойства нейтральных атомов тулия как перспективного материала для создания кубитов. Научная статья с результатами исследования опубликована в топовом журнале PRX Quantum*.
* Mishin D., Tregubov D., Kolachevsky N. and Golovizin A. Coherence of Microwave and Optical Qubit Levels in Neutral Thulium. PRX Quantum 6, 040329 — Published 10 November, 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/f8xg-w57m.