Маятник против квантов: новая теория объяснила сбои в работе кубитов

Технологии квантовых компьютеров, работающие на сверхпроводниковых кубитах, привлекают внимание благодаря своей эффективности и возможностям масштабирования. Однако уже два десятилетия специалисты сталкиваются с проблемой: измерения в этих системах оказываются менее точными, чем предсказывается теорией. На этот вопрос теперь удалось найти ответ — исследовательская группа под руководством Мари-Фредерик Дюма из Университета Шербрука в Канаде разработала теоретическую модель, которая объясняет причины этих отклонений.

Исследование фокусировалось на самой распространенной разновидности сверхпроводниковых кубитов — трансмонах. Для получения информации о состоянии такого кубита используется микроволновый сигнал, проходящий через резонатор, связанный с кубитом. В ходе анализа системы кубит–резонатор исследователи использовали три разных подхода — от квантового до полностью классического, где транзмон моделировался как механический маятник под внешним воздействием.

Команда выяснила , что передача микроволнового сигнала через резонатор может приводить к тому, что кубит набирает энергию и переходит в более высокий уровень, который выходит за пределы его потенциального «колодца». Этот процесс, называемый «ионизацией» кубита, приводит к потере его определенного квантового состояния и ухудшению точности измерений. Теоретические прогнозы трех моделей подтвердились данными экспериментов.

По словам исследователей, новая модель не только объясняет низкую точность измерений в кубитах-транзмонах, но и может помочь в изучении других типов сверхпроводниковых кубитов и улучшении методик считывания их состояния.