Kvantni računari obećavaju rešavanje problema koji su nedostižni čak i najmoćnijim klasičnim računarima, ali njihova osnovna jedinica informacije izuzetno je nestabilna. Kubit lako gubi kvantno stanje zbog toplote, elektromagnetnih smetnji i sitnih promena u materijalu. Istraživači sa Harvarda pokazali su da bi zaštita mogla da stigne iz neočekivanog pravca – pomoću mikroskopskih zvučnih talasa.
Reč je o mehaničkim vibracijama koje se na kvantnom nivou opisuju kao fononi. Oni se mogu zamisliti kao najmanji paketi vibracione energije u čvrstom materijalu. Iako ih nije moguće čuti, fizički pripadaju istoj širokoj porodici pojava kao zvuk koji putuje kroz vazduh ili čvrstu podlogu.
Eksperiment je koristio kubit zasnovan na silicijumskom centru u kristalu dijamanta. Elektronski spin u takvoj nepravilnosti kristalne rešetke može da nosi kvantnu informaciju. Fononi se zatim koriste za povezivanje tog spina sa drugim delovima uređaja.
Problem je u tome što snažno povezivanje kubita sa vibracijama istovremeno povećava njegovu izloženost poremećajima. Standardne metode zaštite pomoću mikrotalasnih impulsa ne funkcionišu naročito dobro kada se kubit nalazi u fononskoj šupljini, strukturi koja zarobljava i pojačava mehaničke vibracije.
Tim Harvardove škole za inženjerstvo i primenjene nauke primenio je neprekidno vibraciono polje koje je okružilo kubit i stvorilo njegovo takozvano „obučeno“ stanje. Na taj način kvantna memorija postala je manje osetljiva na deo spoljne buke, a vreme koherencije produženo je približno tri puta.
Koherencija označava period tokom kojeg kubit zadržava kvantne osobine potrebne za računanje ili prenos informacije. Kada je izgubi, podaci više ne mogu pouzdano da se koriste. Svako produženje tog vremena povećava broj operacija koje sistem može da obavi pre nego što se pojave greške.
Rad, objavljen u časopisu „Nature Physics“, posebno je zanimljiv zato što isti fononi mogu imati dvostruku ulogu. Oni bi mogli da prenose informaciju između kubita, ali i da je štite dok se nalazi u memoriji. Takva integracija pojednostavila bi izgradnju malih kvantnih mreža direktno na čipu.
Fononi imaju znatno kraću talasnu dužinu od svetlosti iste frekvencije. Zbog toga komponente koje njima upravljaju mogu da budu manje od optičkih elemenata i gušće raspoređene. Oni takođe dobro reaguju i sa čvrstim kvantnim sistemima i sa elektromagnetnim poljima, pa su zanimljivi za povezivanje različitih vrsta kubita.
Rezultat ne znači da će uskoro biti napravljen potpuno stabilan kvantni računar. Trostruko produženje koherencije predstavlja važan napredak, ali veliki sistemi zahtevaju kontrolu hiljada ili miliona kubita i izuzetno precizno ispravljanje grešaka. Svaka nova komponenta moraće da radi pouzdano zajedno sa velikim brojem drugih elemenata.
Ipak, eksperiment pokazuje da vibracija ne mora biti samo neprijatelj kvantne tehnologije. Pažljivo oblikovan „zvuk“ može postati zaštitni omotač za najosetljiviji deo uređaja. U svetu u kojem i najmanji šum obično uništava kvantnu informaciju, naučnici su deo tog šuma pretvorili u sredstvo za njeno očuvanje.
S.B.
