Мы уже не раз отмечали, что главное препятствие на пути к практическому квантовому компьютингу - это проблема поддержания когерентности квантового состояния системы в течение времени, необходимого для осуществления вычисления. Именно на решение этой проблемы в настоящее время направлены усилия многих лабораторий всего мира.

Ученые исследовательской группы факультета материаловедения Оксфордского университета полагают, что они реально приблизились к ее решению. Они предложили новую технику двухпозиционного управления (bang-bang control) связанной парой ядерного и электронного спинов в молекуле бакибола (buckyball от Buckminster fullerene particle) - фуллерена N@C60, имеющего ячеистую структуру, напоминающую поверхность футбольного мяча.

Основная идея заключается в динамическом подавлении взаимодействия кюбитов с нежелательными степенями свободы (среды или измерительной подсистемы) за счет очень быстрого низкоуровневого манипулирования системой, способного как бы компенсировать декогеренцию. Это один из вариантов квантового эффекта Зенона, суть которого состоит в том, что быстро повторяющиеся измерения способны подавлять естественную эволюцию системы. В частности, в предложенном подходе эволюция амплитуды функции состояния подавляется быстрыми сдвигами фазы.

Манипулированию подвергается связанная пара ядерного и электронного спина 12-уровневой спиновой системы бакибола. "Замораживание" ядерного спинового состояния на произвольный отрезок времени осуществляется путем воздействия на электронный спин радиочастотными импульсами с быстрыми фазовыми сдвигами.

Как считают физики, новая техника применима и к другим многоуровневым квантовым системам, в частности, реализованным с помощью фосфорных добавок к кремнию и к N-V-центрам в алмазах, которые считаются перспективными для использования в устройствах квантовой обработки информации (квантового процессинга). По-видимому, найдет она применение и в тех схемах квантового компьютинга, в которых необходимо контролировать взаимодействие между соседними кюбитами в связанных спиновых цепочках.

Результаты опубликованы в первом январском номере журнала "Nature Physics" (Vol. 2, No. 1, P. 40-43, 2006). Препринт статьи доступен на: xxx.lanl.gov/abs/quant-ph/0601008. См. также: xxx.lanl.gov/abs/quant-ph/0511198. Динамику системы можно посмотреть на анимационном ролике: www.nanotech.org/research/nphys.

Сергей САНЬКО