Кот Шрёдингера теперь еще и размазан. Но мы научились его видеть

Квантовые компьютеры уже научились много чему, но есть один старый, почти философский узел: как прочитать то, что специально спрятано так, чтобы его нельзя было “потрогать” локально. Именно на этом много лет спотыкались так называемые топологические кубиты на майорановских модах: они обещают устойчивость к помехам, потому что хранят информацию не в одной точке, а “размазывают” ее по системе. И вот международная команда показала, что такой “сейф” все же можно открыть аккуратным измерением.

Работу выполнили исследователи из Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и партнеры из QuTech. Один из авторов, Рамон Агуадо из Мадридского института материаловедения (ICMM), объясняет идею просто: топологический кубит похож на сейф, где “бит” не лежит в конкретной ячейке, а задается четностью (паритетом) общей заселенности пары майорановских нулевых мод. Это и дает защиту от локального шума, но из-за этого же раньше было непонятно, как измерять состояние, которое нигде конкретно не “живет”.

В статье в Nature команда использовала новую для этой задачи схему считывания через “квантовую емкость”. Суть в том, что измеритель подключают не к одному концу структуры, а так, чтобы он чувствовал систему целиком: в эксперименте это делали через СВЧ-резонатор, связанный со сверхпроводником. При таком подходе удается различать четный и нечетный паритет в одном измерении и в реальном времени. Это проявляется как случайные “телеграфные” переключения между двумя состояниями, при этом характерные времена жизни паритета превышали 1 миллисекунду.

Отдельно важно, что параллельный локальный контроль заряда показал ожидаемую “слепоту”: два состояния паритета практически нейтральны по заряду и потому неотличимы для датчика, который не связывает майорановские моды между собой. Как отметил соавтор Горм О. Стеффенсен, это выглядит как красивая проверка принципа защиты: локальная проверка ничего не видит, а глобальная видит четко.

Еще один любопытный итог - наблюдение “случайных скачков паритета”. Это не просто шум на графике, а прямой способ оценить, насколько долго система сохраняет нужную четность без “отравления” квазичастицами. Миллисекундные времена здесь считаются многообещающими для будущих операций с майорановскими кубитами, потому что без надежного считывания все остальные трюки (инициализация, управление во времени, дальнейшие проверки экзотической физики) остаются теорией.