В США разработали квантовую память на звуковых волнах — она в 30 раз превосходит электронную

Больное место квантовых платформ — это запоминание квантовых состояний. Без памяти невозможно передавать данные на большие расстояния, а также выполнять сложные расчёты. А всё потому, что квантовые состояния — это математические функции с множеством переменных. Поэтому запоминать приходится не значения, а уравнения в динамике. Но и к этому можно найти подход.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

По большому счёту, для математики не имеет значения, на какую основу «натягивать» уравнения. Классические сверхпроводящие кубиты оперируют квантовыми состояниями электронов и, следовательно, электромагнитными полями и соответствующими колебаниями (частотами). Но там настолько высокие частоты, что они удерживают состояния лишь очень короткий промежуток времени. А если взять звуковые колебания? Их частоты ведь намного ниже. Это означает, что квантовые состояния смогут продержаться дольше, если их представить в звуковых волнах. Чем не память — пусть время удержания квантовой информации будет куда короче, чем у той же DRAM. Но для квантовых вычислений или квантового интернета это уже колоссальное достижение.

Команда Калифорнийского технологического института (Caltech) разработала гибридный подход, использующий звук для хранения квантовой информации. В проведённом эксперименте сверхпроводящий кубит был интегрирован с механическим генератором — миниатюрным устройством, напоминающим камертон, которое преобразует электрические сигналы в акустические волны с частотой в гигагерцовом диапазоне. Выяснилось, что эти волны, или фононы, позволяют сохранять квантовые состояния в 30 раз дольше, чем лучшие сверхпроводящие кубиты.

Квантовое запоминающее устройство под микроскопом. Источник изображения: Caltech

Механический генератор состоит из гибких пластин, которые вибрируют под воздействием звуковых волн и при этом взаимодействуют с электрическими сигналами, несущими квантовую информацию от расположенных рядом кубитов. Это позволяет записывать квантовые состояния в устройство и извлекать их обратно, что аналогично работе квантовой памяти. Преимущество подхода заключается в относительно медленном распространении акустических волн по сравнению с электромагнитными, что делает устройства компактными и минимизирует потери энергии. Кроме того, механические колебания не распространяются в свободном пространстве, что снижает нежелательное взаимодействие между соседними устройствами и увеличивает время хранения информации.

Несмотря на успех, команда отмечает, что для полноценного применения разработки в квантовых вычислениях необходимо увеличить скорость взаимодействия между кубитами и генератором в 3–10 раз. Исследователи уже работают над улучшением системы, чтобы повысить её эффективность. Этот подход открывает перспективы для создания масштабируемых квантовых запоминающих устройств с интеграцией множества механических генераторов на одном чипе, что может стать важным шагом в развитии квантовых технологий.