Команда учёных из Массачусетского технологического института (MIT) сообщила о ключевом достижении в области квантовых вычислений. Им удалось создать сверхпроводящую систему с рекордно сильной нелинейной связью между искусственными атомами и фотонами, что позволит ускорить обработку квантовой информации до нескольких наносекунд. Этот прогресс открывает путь к решению одной из главных проблем квантовых технологий — быстрому считыванию данных и эффективной коррекции ошибок.

Квантовые компьютеры обещают революционизировать расчёты в химии, материаловедении и машинном обучении, но их практическое применение сдерживается хрупкостью кубитов — квантовых битов, теряющих информацию из-за декогеренции. Для борьбы с этим важно выполнять операции и измерения быстрее, чем успевают накапливаться ошибки. Новая архитектура, разработанная в MIT, усиливает нелинейное взаимодействие света и материи в 10 раз по сравнению с предыдущими решениями. Это потенциально увеличит скорость работы квантового процессора в аналогичной пропорции.

Основой прорыва стал «квартонный куплор» — суперпроводящий контур, созданный Юфэном «Брайтом» Е, ведущим автором исследования. Устройство генерирует нелинейную связь, при которой система демонстрирует свойства, недостижимые при простом сложении взаимодействий её компонентов. В эксперименте куплор соединили два сверхпроводящих кубита: один выполнял роль резонансного контура для считывания, другой хранил информацию.

«Нелинейность — это основа большинства полезных взаимодействий в квантовых вычислениях, — пояснил Юфэн Е. — Чем выше интенсивность связи, тем быстрее процессор обрабатывает данные, позволяя проводить больше циклов коррекции ошибок до потери когерентности».

Старший автор работы Кевин О’Брайен, руководитель группы Quantum Coherent Electronics Group, подчеркнул, что текущий эксперимент — лишь первый шаг. Сейчас команда работает над интеграцией квартонного куплора в полноценную систему считывания, добавив фильтры и другие элементы. Параллельно исследуется усиление связи между материей, что необходимо для выполнения квантовых операций.

Ускорение процессов особенно важно из-за ограниченного времени жизни кубитов. Более быстрые операции снижают риск накопления ошибок, увеличивая точность результатов. «Каждый дополнительный раунд коррекции повышает надёжность вычислений», — отметил Юфэн Е. В перспективе это приближает создание отказоустойчивых квантовых компьютеров, способных решать задачи, недоступные суперкомпьютерам.