Физики предложили способ считывать состояние кубита Андреева по электрическому сигналу, который возникает внутри самого устройства. Расчёты показывают, что метод позволяет восстановить квантовую информацию с очень слабым воздействием на кубит и обойтись без вспомогательных кубитов. Пока устройство существует только в виде теоретической схемы и компьютерной модели.
Измерение остаётся одной из главных трудностей квантовых вычислений. Обычный бит можно проверять сколько угодно раз, а прямое измерение кубита меняет его квантовое состояние. Если кубит находился в суперпозиции 0 и 1, измерение обычно заставляет систему перейти в одно из этих состояний, поэтому исходная информация теряется.
Физики обходят проблему с помощью неразрушающих измерений. Часто информацию сначала передают вспомогательному кубиту, а затем измеряют уже его. Такой подход сохраняет исходный кубит, но требует дополнительных элементов, операций и повторной подготовки системы. Авторы новой работы предлагают получать нужные данные прямо от самого кубита.
Для этого они рассмотрели кубит Андреева, где квантовые состояния формируются в квантовой точке внутри джозефсоновского перехода между сверхпроводниками. Когда кубит находится в суперпозиции, квантовая интерференция заставляет сверхток колебаться во времени. Постоянная часть тока и амплитуда колебаний показывают соотношение состояний 0 и 1, а фаза помогает определить их взаимное положение. По этим параметрам можно восстановить исходное состояние кубита.
Необычная деталь состоит в том, что для колебаний не нужно прикладывать внешнее напряжение. Переменный сверхток рождает собственная квантовая эволюция кубита. В результате микроскопическая квантовая информация проявляется в обычном электрическом токе, который уже можно измерить внешним прибором.
В предложенной схеме сверхток циркулирует по замкнутому сверхпроводящему контуру и создаёт слабое меняющееся магнитное поле. Рядом располагается сверхпроводящий квантовый интерферометр SQUID, способный замечать очень небольшие изменения магнитного поля. Слабая связь между детектором и контуром уменьшает влияние измерительного прибора на кубит, хотя полностью убрать такое воздействие нельзя.
Авторы также проверили схему на компьютерной модели с шумом и обратным воздействием измерительной катушки. В зависимости от числа измерений физики получили точность восстановления состояния от 99,52% до 99,85%. После считывания кубит не нужно каждый раз возвращать в начальное состояние, поэтому схема потенциально позволяет наблюдать, как квантовое состояние меняется со временем. Подробности моделирования показывают, что расчёты опирались на параметры уже существующих сверхпроводящих устройств и детекторов.
Саму установку с предложенной геометрией пока не построили, поэтому заявленная точность относится только к моделированию. Следующим шагом должна стать экспериментальная проверка. Если физики подтвердят расчёты на реальном устройстве, кубиты Андреева можно будет считывать с меньшим числом вспомогательных операций и почти без разрушения хранящегося квантового состояния.