Ученые Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана и Федерального государственного унитарного предприятия «ВНИИА имени Н.Л. Духова» представили новую разработку в области квантовых технологий. Им удалось создать устройство управляемой квантовой памяти, которое способно сохранять форму входного микроволнового импульса и обеспечивать доступ к сохраненным данным по запросу.
Эффективность работы устройства превышает 57%. Этот показатель значительно выше результатов, ранее опубликованных зарубежными исследовательскими группами. Для сравнения, аналогичные разработки в США демонстрировали эффективность на уровне 21%, а в Китае — 12%.
Главная особенность новой архитектуры заключается в использовании активного управляющего элемента, который выполняет функцию «ключа». Он позволяет либо подключать ячейку памяти к внешней линии для записи и считывания информации, либо полностью изолировать ее на этапе хранения. Это конструктивное решение минимизирует потери сигнала и упрощает управление устройством. Принцип работы основан на технологии фотонного эха: частотные составляющие импульса распределяются по системе резонаторов, где они удерживаются до момента востребования. Когда приходит команда на считывание, компоненты собираются, воссоздавая точную копию исходного сигнала.
«Циклический характер памяти продиктован необходимостью поддерживать фазовые соотношения – информация удерживается внутри устройства до тех пор, пока по запросу пользователя не высвобождается точная, но задержанная во времени копия входного импульса. Мы фактически научились останавливать, хранить и отпускать микроволновые фотоны по команде».
Алексей Матанин, младший научный сотрудник кластера Квантум Парк
В ходе экспериментов устройство продемонстрировало цикл хранения продолжительностью 1,51 микросекунды, что соответствует эффективной частоте работы в 662 килогерца. Конструкция кристалла памяти совместима со сверхпроводниковыми кубитами, которые считаются одной из ведущих платформ для создания квантовых вычислителей. Это открывает перспективы для интеграции разработки в гибридные системы обработки информации.
«Созданная нами квантовая память демонстрирует рекордные параметры, что является серьезным достижением в решении одной из самых сложных задач квантовой инженерии. Наше устройство может стать той самой «квантовой оперативкой», которой не хватало для ускорения развития квантовых вычислений и сенсорики».
Михаил Гордин, ректор МГТУ им. Н.Э. Баумана
Создание эффективной квантовой памяти является важным шагом для развития сразу нескольких направлений. Такие устройства необходимы для реализации перспективных методов коррекции ошибок в квантовых вычислениях. Кроме того, они могут стать основой для сенсоров нового поколения, способных обнаруживать объекты с высокой точностью.
«Долгое время потери при передаче и хранении микроволновых фотонов были непреодолимым барьером. Впервые в мире мы смогли обойти фундаментальные ограничения, минимизировав влияние управляющих элементов на хранение квантовой информации».
Илья Родионов, руководитель кластера Квантум Парк МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова»
Разработчики также отмечают, что предложенная архитектура в теории не имеет жестких ограничений по эффективности, что позволяет в будущем приблизиться к 100-процентному показателю сохранения информации.
