Что общего между квантовой информацией и снежинками?

Так как кубиты — это квантовые системы, то они разрушаются при любом воздействии или даже наблюдении извне. Этим они похожи на снежинки, которые немедленно тают, если их поймать в ладонь.

При попытках воздействовать на кубит, например, передать информацию с него на какое-то расстояние, он теряет свое главное свойство – суперпозицию, и становится обычным битом, как в классическом компьютере.

При этом сами кубиты можно создать разными способами: например, захватить атом с помощью лазера, встроить их в алмазы или другие кристаллы, а также применить сверхпроводниковые материалы вроде графена или графина. Так, крупные технологические компании разрабатывают квантовые чипы на основе кубитов из сверхпроводников.

При определенных условиях такие кубиты могут излучать квантовые сигналы в виде фотонов света, которые обладают микроволновыми колебаниями. Теоретически эти сигналы можно передавать на дальние расстояния, но для начала нужно преобразовать микроволновые фотоны в видимый свет. И тут возникает главная проблема: для этого необходимо использовать лазер, который при этом вполне может разрушить кубит.

Но команда физиков из университета Колорадо в Боулдере нашла способ решить проблему с хрупкостью кубитов. Ученые провели новый эксперимент со сверхпроводящими кубитами. Его результаты описаны в журнале Nature.

В ходе исследования ученые считали информацию с кубита с помощью лазера, не разрушив при этом сам кубит. Для этого они задействовали электрооптомеханический преобразователь сигнала с низкой обратной связью. Он представляет собой сверхтонкую пластину кремния и азота, которая преобразует сигнал от кубита в видимый свет.

Во время эксперимента лазерный луч был направлен не прямо на кубит, а на пластину и подсвечивал ее. При этом микроволновые фотоны кубита сталкивались с преобразователем, а на выходе получались снова фотоны, но уже совсем с другой частотой колебаний, соответствующей видимому свету.

Проще говоря, на входе в преобразователь с кубита имеется микроволновый свет, а на выходе – видимый свет, с помощью которого можно передавать цифровые сигналы по оптоволоконным кабелям на дальние расстояния.

Ученые выяснили, что преобразователь способен обеспечить такое переключение фотонов, а также предохраняет кубит от воздействия лазера. 

Правда, на данном этапе речь пока не идет о реальной передаче квантовой информации с помощью преобразователя. К тому же пока что устройство работает не слишком эффективно: для того, чтобы получить один фотон видимого света требуется в среднем 500 микроволновых фотонов.