Производство на потоке: целый миллиард кубитов в секунду

Хотя потенциал квантовых вычислений не вызывает сомнений, ученые пока не нашли универсальную основу для квантовых компьютеров. Сегодня используют твердотельные квантовые точки на полупроводниках, сверхпроводящие элементы, ионы в вакуумных ловушках, их различные сочетания и многие другие экспериментальные системы. Однако у всех подходов есть достоинства и недостатки, поэтому физики до сих пор ищут альтернативные системы.

В своей работе немецкие физики использовали электронный луч просвечивающего электронного микроскопа, пересекая его с пучком лазерного излучения. Под действием электромагнитного поля лазера у электронов появляются дискретные, четко определяемые уровни, которые и служат основой для создания кубитов.

Одна из главных практических особенностей нового метода создания кубитов — огромная скорость их производства: до миллиарда кубитов в секунду. Такой высокий поток достигается за счет использования непрерывного (неимпульсного) источника электронов и непрерывного (неимпульсного) лазерного луча. Так в кубит можно превратить почти каждый свободный электрон в электронном пучке, и скорость их создания ограничивается только пределом производительности современных источников электронов высокой энергии.

Еще одно преимущество нового метода состоит в том, что в вакууме у свободного электрона нет окружения, с которым он мог бы взаимодействовать, в результате декогеренция — «утекание» информации в окружающую среду — происходит довольно медленно. Кроме того, лазерно-оптический контроль электронного пучка универсален, и при необходимости один лазер легко можно заменить на другой. Поэтому в будущем кубиты на основе свободных электронов могут пригодиться как в фундаментальных исследованиях, так и в приложениях в области квантовой информации.

Подробно методика описана в статье, опубликованной в журнале Physical Review Research.