Фізики пропонують «суперструм» для зчитування кубітів без руйнування стану

14 листопада 2026 р. 15:05

14 листопада 2026 р. 15:05

Кубіти лежать в основі квантових комп’ютерів та є аналогом бітів у класичній електроніці. На відміну від звичайних бітів, що можуть бути лише 0 або 1, кубіти здатні перебувати в стані 0, 1 або їхньої суперпозиції, що й надає квантовим машинам потенційну перевагу. Однак як тільки кубіт вимірюють, його стан «колапсує» до 0 чи 1, і найцінніша квантова властивість зникає.

Група дослідників із Китаю та Бразилії, чия робота описана в журналі Physical Review B і висвітлена виданням ScienceAlert , запропонувала теоретичний спосіб обійти цю проблему. Вони розглядають можливість зчитувати не сам кубіт, а електричний струм, який він породжує, такий собі «суперструм».

Як прочитати кубіт, не руйнуючи суперпозицію

Розроблена авторами схема ґрунтується на тому, щоб реєструвати своєрідний електричний «відбиток» кубіта, а не виконувати пряме квантове вимірювання. У теорії це схоже на те, як людина помічає об’єкт боковим зором: інформація отримується, але вплив на систему мінімізується.

Моделювання, проведене фізиками, показало, що такий підхід потенційно може забезпечити точність відновлення стану кубіта до 99,85 відсотка . При цьому йдеться саме про теоретичне дослідження: жодних експериментів ще не проводили.

Фізик Жозе Карлос Егес (Jose Carlos Egues) з Університету Сан-Паулу пояснює, що безпосереднє вимірювання підготовленого в певній суперпозиції кубіта зазвичай руйнує цю суперпозицію і разом з нею — закодовану інформацію. Запропонована стратегія інша: дослідники прагнуть отримувати дані з сигналу, який генерує сам кубіт, замість того щоб переносити інформацію на допоміжний кубіт.

Замість допоміжних кубітів — Андрєєвські стани

Один із популярних нині способів недеструктивного зчитування використовує так звані допоміжні, або ancilla-кубіти. На них переносять квантову інформацію, щоб прочитати її, не руйнуючи оригінальний стан. Такий підхід працює, але робить схеми квантових обчислень складнішими й повільнішими.

У новій роботі пропонується інший тип кубітів — Андрєєвські кубіти . Вони базуються на Андрєєвських станах, які виникають у вузькій області між надпровідними матеріалами, і здатні кодувати 0, 1 та їхню суперпозицію.

За розрахунками дослідників, Андрєєвський кубіт у стані суперпозиції створює осцилюючий електричний струм без подачі зовнішньої напруги. Джерелом енергії є саме квантова поведінка системи. Коливання цього струму породжують магнітне поле, характеристики якого пов’язані зі станом кубіта.

Егес зазначає, що в розглянутій системі квантова область, де формуються ці стани, є квантовою точкою — нанорозмірною структурою, в якій електрони просторово обмежені. Вона утворюється в нанодроті з арсеніду індію (InAs), з’єднаному з надпровідниками з обох боків. Саме в такому середовищі виникають стани, що визначають Андрєєвський кубіт.

«Суперструм» як носій квантової інформації

Андрєєвські кубіти раніше вже активно досліджували, але використати їхню електричну активність як зчитуваний сигнал запропоновано вперше. Це перший випадок, коли осцилюючий електричний «підпис» розглядають як спосіб декодувати стан кубіта.

По суті, такий кубіт генерує суперструм , стверджують автори. Коли кубіт переходить між різними станами, змінюється й величина електричного струму. Ці зміни відображаються у властивостях коливань, які можна вимірювати та аналізувати.

Для роботи системи потрібен окремий пристрій, що реєструє зміни струму або пов’язаного з ним магнітного поля. Дослідники порівнюють це з двома «компасами»: один вказує напрям (сам кубіт зі своїм суперструмом), а другий інтерпретує ці зміни.

За словами Егеса, відстежуючи, як струм змінюється з часом, можна реконструювати початковий стан кубіта. При цьому, згідно з теоретичними оцінками, після кожного такого зчитування не обов’язково проводити повне «перезавантаження» кубіта, яке зазвичай потрібне після руйнівних вимірювань.

Наступний крок — перевірити теорію на практиці

Нині вся запропонована схема існує лише у вигляді розрахунків і моделей. Наступне завдання вчених — створити реальний пристрій із використанням Андрєєвських кубітів та системи вимірювання суперструму і перевірити працездатність підходу в лабораторних умовах.

Якщо концепцію вдасться реалізувати, процес зчитування кубітів може стати простішим і надійнішим, а обчислювальні схеми — менш громіздкими. Це наблизить квантові комп’ютери до повноцінного використання їхнього потенціалу.

Водночас Егес наголошує, що метод не ліквідує фундаментальну проблему квантового вимірювання. Однак він може максимально наблизитися до межі недеструктивного зчитування і при цьому позбавити необхідності використовувати допоміжні кубіти, які застосовують в інших схемах обережного вимірювання.

Технології