Ученые RIKEN: электроны над гелием ведут себя как хранители квантовой информации

Японские исследователи из Института физико-химических исследований (RIKEN) разработали инновационный метод генерации квантовой информации, обладающий значительным потенциалом для ускорения прогресса в области квантовых вычислений. В рамках данной методологии предложено использовать электроны, находящиеся в состоянии левитации над поверхностью жидкого гелия, в качестве квантовых битов (кубитов). Такая система характеризуется высокой степенью чистоты, что позволяет эффективно сохранять квантовое состояние частиц на протяжении длительного времени.

Ключевой задачей стало создание эффективного протокола для извлечения данных из данной системы. Специалисты Центра квантовых вычислений RIKEN предложили метод, основанный на регистрации переходов электронов из основного состояния в высоковозбуждённое состояние Ридберга.

Для верификации данной концепции был проведён эксперимент, в котором участвовали 10 миллионов электронов, парящих над жидким гелием. Система функционировала в режиме конденсатора, и учёные зафиксировали изменения в микроволновой частоте при переходе частиц в возбуждённое состояние.

Экспериментальные данные подтвердили, что предложенный метод пригоден для работы с одиночными кубитами. Масштабирование системы в 10 000 раз позволит осуществлять высокоточное измерение изменения ёмкости для одного электрона, что открывает перспективы создания компактных квантовых устройств.

Ашер Дженнингс подчеркнул важное преимущество данной технологии, отметив, что электроны, находящиеся над поверхностью жидкого гелия, окружены инертными атомами гелия, что обеспечивает их изоляцию и защиту квантовой информации от внешних воздействий. На текущий момент исследовательская группа продолжает работу в области изучения одноэлектронных систем. Полученные результаты были опубликованы в престижном научном журнале Physical Review Letters.