Халықаралық физиктер тобы кристалдағы эрбий-167 атомының жеке ядролық спинін жарық арқылы тікелей басқарып, оның күйін оқығанын хабарлады. Авторлар бір реттік оқу дәлдігін 91(2)%-ға жеткізіп, когеренттілікті 0,2 секундтан артық сақтады. Жұмыс 2026 жылғы 29 тамызда Nature Communications журналында жарияланды. Бұл — болашақ кванттық желілер мен үлестірілген есептеулерге арналған бейбіт іргелі зерттеу.
Тәжірибені Александр Улановски, Йоханнес Фрю, Фабиан Саламон, Адриан Хольцапфель және Андреас Райзерер жүргізді. Мақалада Мюнхен техникалық университеті, Munich Center for Quantum Science and Technology, TUM Center for Quantum Engineering және Макс Планк атындағы Кванттық оптика институты көрсетілген.
Бір минуттағы негізгі мәлімет
- Иттрий ортосиликаты кристалына жеке эрбий-167 иондары енгізіліп, үлгі криогендік Фабри — Перо оптикалық резонаторына орналастырылды.
- Зерттеушілер ядролық спин кубитін оптикалық жолмен бастапқы күйге келтіріп, когерентті басқарды және бір рет өлшеп оқыды.
- Оқу дәлдігі 91(2)% болды, ал когеренттілік уақыты 0,2 секундтан асты.
- Эрбий жарықты талшық арқылы аз шығынмен тасымалдауға қолайлы телекоммуникациялық C-диапазонда шығарады.
- Бұл — криогендік температурадағы зертханалық нәтиже; дайын кванттық желі немесе «кванттық интернет» емес.
Тәжірибе қалай жүргізілді
Қатты денедегі ядролық спиндер кванттық жадқа үміткер саналады, өйткені олар кванттық күйді салыстырмалы түрде ұзақ сақтай алады. Алайда жеке ядролық спинді жарықпен тікелей дайындау, басқару және сенімді оқу қиын: оның оптикалық сигналы өте әлсіз.
Авторлар YSO кристалындағы эрбий-167 иондарын пайдаланып, олардың жарықпен әрекеттесуін Фабри — Перо резонаторы арқылы күшейтті. Резонатор сызығының ені 65 МГц болды, бұл көршілес аса жіңішке деңгейлер арасындағы 0,9 ГГц аралықтан әлдеқайда аз. Сондықтан резонатор қажетті ауысудың сәуле шығаруын таңдап күшейтіп, кубит күйін ажыратуға мүмкіндік берді.
Күшті магнит өрісі парамагниттік қоспалардың әсерін де азайтты. Авторлардың мәліметінше, соның арқасында когеренттілік 0,2 секундтан ұзақ сақталған. Әдіс пен шектеулердің толық сипаттамасы зерттеудің ашық препринтінде берілген.
Телекоммуникациялық диапазон неге маңызды
Эрбийдің оптикалық ауысулары талшықты-оптикалық байланыста қолданылатын C-диапазонда орналасқан. Бұл толқын ұзындығында жарық шыны талшықпен салыстырмалы түрде аз шығынмен тарайды. Сол себепті бір физикалық элемент кванттық күйді сақтап қана қоймай, болашақта қолданыстағы талшықты инфрақұрылым арқылы фотондармен алмаса алады.
Мұндай тораптар кванттық күйді ұзақ қашықтыққа жеткізуге көмектесетін аралық кванттық қайталағыштарға қажет болуы мүмкін. Бейбіт қолдану бағыттарына үлестірілген кванттық процессорларды, ғылыми сенсорларды және зерттеу орталықтарын байланыстыру жатады.
Cifrum.kz бұған дейін IBM Heron кванттық процессорының 104 кубитте физикалық процесті модельдеуін жазған. Жаңа зерттеу басқа мәселені шешеді: бір процессор ішіндегі есептеуден гөрі, келешекте желілік торапқа айналуы ықтимал басқарылатын жадты жасау.
Нәтиже әзірге нені дәлелдемейді
Авторлар бақыланатын зертханалық қондырғыда жеке ядролық спинмен негізгі операцияларды көрсетті. Олар толық желі құрған жоқ, жұмыс істеп тұрған байланыс желісі арқылы алыс қашықтыққа тасымалдауды сынамады және коммерциялық құрылғының шығу мерзімін атаған жоқ. Практикалық жүйе үшін кубит санын көбейту, тораптарды тұрақты өндіру, фотон тиімділігін арттыру және көптеген компонентті бір хаттамаға біріктіру қажет.
Сондықтан бұл нәтижені дайын кванттық интернет емес, келешегі бар тәжірибелік платформа деп атаған дұрыс. Жұмыстың маңызды жағы — дәл оқу, салыстырмалы ұзақ когеренттілік және телекоммуникациялық толқын ұзындығымен үйлесімділік бір материалда тоғысады.
Дереккөздер
- Nature Communications: Cavity-enhanced optical readout and control of nuclear spin qubits
- arXiv: мақаланың ашық нұсқасы
- TUM Quantum Networks: топ жарияланымдарының тізімі
Иллюстрация: Cifrum.kz. Сурет AI көмегімен жасалған және кванттық жадты тұжырымдамалық түрде көрсетеді; бұл TUM немесе MPQ қондырғысының фотосуреті емес.
Мақалаға пікірлер