- Учёные МГТУ имени Баумана и ФГУП ВНИИА разработали устройство управляемой квантовой памяти с эффективностью более 57,5%.
- В основе устройства лежит активный ключ на основе джозефсоновского перехода, обеспечивающий изоляцию и доступ к памяти по требованию.
- Архитектура квантовой памяти совместима с сверхпроводниковыми кубитами и предназначена для интеграции в квантовые процессоры и сенсоры.
Учёные кластера «Квантум Парк» МГТУ имени Баумана совместно с ФГУП ВНИИА имени Духова разработали инновационное устройство управляемой квантовой памяти. Новое решение способно сохранять форму входного микроволнового импульса и обеспечивать к нему доступ в любой момент по требованию пользователя. Согласно опубликованным результатам в журнале Physical Review Letters, эффективность такого устройства превышает 57,5%, что свидетельствует о высоком качестве хранения и воспроизведения квантовой информации.
Ключевой особенностью данного устройства стала разработка новой архитектуры кристалла квантовой памяти с управляемыми элементами связи – активным ключом на базе джозефсоновского перехода. Этот компонент играет роль переключателя: он может быстро соединять память с внешней средой для чтения информации или полностью изолировать её во время хранения. Благодаря такой архитектуре достигается масштабируемость и возможна интеграция с сверхпроводниковыми кубитами непосредственно на чипе, что открывает перспективы создания распределённых гибридных систем с квантовыми сопроцессорами.
Принцип работы устройства основан на контролируемом взаимодействии микроволнового импульса с системой высокодобротных резонаторов, каждый из которых захватывает определённую частотную составляющую входного сигнала на уровне одиночного фотона. После записи активный ключ закрывается, обеспечивая изоляцию квантовой информации от внешних помех и минимизируя потери. Для считывания по требованию пользователю отправляется серия управляющих сигналов, которые открывают ключ и восстанавливают исходный импульс с временем задержки, соответствующей этапу хранения.
Как объяснил младший научный сотрудник Алексей Матанин, данный процесс поддерживает фазовую согласованность сигналов внутри резонаторов, что позволяет эффективно удерживать квантовую информацию и высвобождать точную копию импульса при необходимости. В ходе экспериментов устройство демонстрировало время хранения квантовой информации до 1,51 микросекунды, что соответствует частоте работы памяти 662 килогерца.
Ректор МГТУ им. Баумана Михаил Гордин отметил, что эта разработка может стать фундаментальной квантовой оперативной памятью, необходимой для ускорения развития квантовых вычислений и повышения чувствительности квантовых сенсоров.
Особенностью конструкции является минимальное число управляющих линий – всего одна дополнительная линия управления, что упрощает интеграцию, снижает уровень шума и устраняет дополнительные потери на этапе хранения. Активный ключ в выключенном состоянии не вносит потерь в систему, что значительно повышает эффективность и надёжность работы памяти.
Руководитель кластера «Квантум Парк» Илья Родионов подчеркнул, что данное решение впервые в мире преодолело фундаментальные ограничения, связанные с потерями при передаче и сохранении микроволновых фотонов. Разработчики минимизировали влияние управляющих элементов на процесс хранения, что теоретически позволяет достигнуть эффективности хранения близкой к 100%.
Совместимость новой архитектуры с современными сверхпроводниковыми кубитами открывает новые возможности для интеграции квантовой памяти в настоящие квантовые процессоры, что важно для реализации перспективных методов квантовой коррекции ошибок и создания мощных гибридных вычислительных систем.
