Группа учёных из Чикагского университета (UChicago), Аргоннской Национальной Лаборатории и Йельского университета предложила новый способ удержания электронов – на поверхности жидкого гелия. Пойманные таким образом электроны могут быть интегрированы в сверхпроводящие квантовые схемы в качестве кубитов.

В вакууме электроны хранят квантовую информацию почти идеально, в реальных же материалах стабильность их состояния нарушается движением соседних атомов. С жидким гелием у электронов особые отношения: они левитируют над поверхностью нечувствительные в атомным флуктуациям внизу. Каждый такой электрон взаимодействует со своим отражением в гелиевом «зеркале». Образ имеет противоположный заряд, так что частица и отражение притягиваются до тех пор, пока на высоте примерно 10 нм над поверхностью притяжение не компенсируется квантовомеханическими эффектами отталкивания.

«Мы можем удерживать электроны здесь столько, сколько хотим, – рассказывает аспирант UChicago Гервин Кулстра (Gerwin Koolstra). – В таком положении мы оставляли их на 12 часов, пока нам это не надоело».

Опытное устройство представляло собой схему, вырезанную в толстом слое ниобия на подложке из сапфира. На дне канала шириной 500 нм и глубиной 1 мкм размещали алюминиевые провода, помогающие фиксировать левитирующие электроны. В начале эксперимента образец заливали сверхтекучим гелием, на поверхность которого из разогретого вольфрамового волокна поступали электроны.

В первой серии экспериментов ученые работали примерно со 100 тыс. электронов – слишком большое количество для квантовомеханического контроля. Однако постепенно количество электронов снижается, а конечной целью является ловушка, удерживающая единственный электрон, поведение которого можно анализировать и который можно использовать как квантовый бит. «Мы подошли к этому очень близко»,– заявил Девид Шустер (David Schuster), адъюнкт-профессор UChicago, один из авторов статьи, вышедшей в журнале Physical Review X.

Управление кубитом делала возможным разработанная в лаборатории Шустера резонаторная структура. В ней электрический сигнал переотражался более 10 тыс. раз, что давало время электрону вступить с ним во взаимодействие и значительно повышало чувствительность измерений.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365