Вместо сложных микроволновых резонаторов исследователи предложили использовать сверхпроводящие структуры, которые могут работать в двух режимах:

• Хранение информации — как обычные кубиты (квантовые биты).
• Передача данных — в виде «летающих кубитов», которые движутся по цепочке, как падающие костяшки домино.

Главная проблема квантовых компьютеров — хрупкость кубитов. Они легко теряют свои свойства из-за внешних воздействий. Современные методы передачи квантовой информации громоздкие и плохо масштабируются: чем больше кубитов, тем больше помех.

Российские ученые из ННГУ и МГУ смоделировали систему на основе адиабатических квантовых параметронов  (это сверхпроводящие элементы, которые реагируют на магнитное поле).

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Chaos, Solitons and Fractals.

Как функционирует система

• При охлаждении почти до абсолютного нуля ток в параметроне может течь по часовой стрелке ( «0») или против („1“), а также в суперпозиции обоих состояний.
• Чтобы передать информацию, параметрон переключается в режим «летающего кубита» — ток начинает переключаться по цепочке, передавая сигнал без искажений.

Преимущества новой разработки

• Система компактнее и энергоэффективнее существующих аналогов.
• Один и тот же процесс (циркуляция тока) используется и для хранения, и для передачи данных.
• Уменьшаются помехи, а значит, можно создавать более сложные квантовые процессоры.

Наша система с «летающими» кубитами упростит масштабирование квантовых компьютеров и снизит их стоимость. Это шаг к практическому применению квантовых технологий — от сложных вычислений до гибридных нейроморфных систем, — говорит Марина Бастракова, руководитель исследования.

Этот подход решает две ключевые проблемы квантовых вычислений: декогеренцию  (потерю квантовых состояний) и масштабируемость.

• Энергоэффективность — сверхпроводящие структуры потребляют меньше энергии, чем резонаторы.
• Миниатюризация — размеры элементов сокращаются в разы, что упрощает создание чипов.
• Устойчивость к помехам — импульсы магнитного потока меньше подвержены перекрестным наводкам.

В перспективе это ускорит создание квантовых процессоров для криптографии, моделирования молекул и нейросетей.

Ранее ученые оценили эффективность квантового холодильника. И нет, он не для квантовой колбасы.