Для реализации квантовых компьютеров необходимо подавление декогеренции, процесса, кажется, неизбежного для молекул при комнатной температуре. Чтобы обойти проблему, «элементную базу» компьютера охлаждают едва или не до абсолютного нуля. Эрик Хадсон (Eric Hudson) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) и Ко скомбинировали две ранее использовавшиеся технологии охлаждения молекул и добились впечатляющих результатов.

Прежние способы охлаждения молекул работали только для буквально пары их видов. А ограниченное количество видов молекул, с которыми можно строить квантовые компьютеры (КК), серьёзно ограничивает их развитие: не всё, что легко охлаждается, подходит для работы в качестве элементов памяти КК. Напомним, хотя КК можно реализовать на основе атомов, этому мешает лёгкость изменения в них энергетических уровней электронов под действием окружающего мира.

Альтернативный подход подразумевает использование вращающейся молекулы в низшем энергическом состоянии, допускающем вращение как «единицу», а молекулу того же вещества, но не вращающуюся, — в качестве «нуля» (фактически же в КК нет «1» и «0» в прямом смысле слова, поскольку базисный элемент там находится в суперпозиции двух состояний). Вот только охладить именно молекулы до температур, близких к абсолютному нулю, оказалось сложнее, чем одиночные атомы, ибо в молекуле атомов как минимум два. Что же делать?

Физики применили метод охлаждения, при котором плавающее в вакууме облачко атомов кальция со всех сторон обрабатывалось пучками лазерного излучения, использованными для охлаждения.

Такая магнитооптическая ловушка удерживает атомы кальция неподвижными и охлаждает до ультранизких температур. Затем специализированные стержни, к которым был подведён ток, позволили создать ионную ловушку для молекул хлорида бария (с положительным зарядом). Причём ионную ловушку расположили в вышеупомянутом облачке атомов кальция, за счёт взаимодействия с которыми молекулы через некоторое время удалось охладить до нужных сверхнизких значений.

Почему использовались фактически ионы хлорида бария, а не нормальные молекулы с нейтральным зарядом? Как показал опыт, нейтральные молекулы, сталкиваясь с ультрахолодными атомами, рикошетили от них без существенного обмена теплом. А вот когда нейтральный атом встречает заряженный ион, они «расстаются» далеко не так легко, предварительно осуществив значимый тепловой обмен.

Такой подход теоретически должен работать с обширным списком молекул, при этом он значительно проще в реализации, что облегчает построение столь нужных сегодня КК на молекулярной базе.

Отчёт об исследовании вскоре появится в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.