Группа ученых из США, Германии и Италии смогла перевести 20 запутанных кубитов в состояние суперпозиции. Исследование поможет в разработке квантовых компьютеров. Статья ученых опубликована в журнале Science.
Одним из важнейших принципов квантовой механики считается принцип суперпозиции. Он гласит, что если есть две функции, которыми можно описать разные состояния системы, то существует и третья функция — сумма первых двух, — которая также отвечает за свое состояние. Эта последняя функция и представляет собой суперпозицию двух состояний. Проще говоря, если проводить аналогию с котом Шредингера, то в случае суперпозиции он оказывается и жив, и мертв одновременно.
Теперь ученые смогли впервые контролировать 20 кубитов и обратимо переводить их в состояния, аналогичные 0 и 1 в классических битах, и в суперпозицию этих двух значений. Предыдущий рекорд составлял 14 кубитов и был поставлен в 2011 году. Сложность этого процесса заключается в том, что подготовка атомов для создания кубитов длится слишком долго и состояние суперпозиции разрушается прежде, чем его становится возможным даже измерить.
Исследователи из Гарвардского университета, MIT, Калифорнийского университета в Беркли, Калтеха, Юлихского исследовательского центра и Университета Падуи предложили свое решение проблемы. Удерживаемые с помощью оптического пинцета атомы рубидия удерживались друг за другом, в то время как другой лазер не возбуждал их до тех пор, пока они не становились ридберговскими. Исследователи включали и выключали лазеры с нужной скоростью и добились ускорения процесса подготовки, что сделало возможным этот новый рекорд.
«Мы практически раздули некоторые атомы до такой степени, что их атомные оболочки сливаются друг с другом, образуя одновременно две противоположные конфигурации, — объясняет физик из Юлихского исследовательского центра Цзянь Цуй. — Процесс зашел так далеко, что волновые функции кубитов перекрылись, и мы смогли создать суперпозицию противоположных конфигураций, которая также известна как состояние Гринбергера — Хорна — Цайлингера».