Ученые из Делфтского технологического университета (Нидерланды, www.tudelft.nl) провели успешные эксперименты по реализации простых логических операций с помощью двухкюбитного гейта, построенного на основе сверхпроводящих колец, представляющих собой мезоскопические 2-уровневые квантовые системы.

В экспериментах, проводимых с конца 90-х гг. прошлого века, были продемонстрированы возможность запутывания сверхпроводящих кюбитов и реализация CNOT-гейта (controlled-NOT или управляемый НЕТ-вентиль), который переключает бит с 0 на 1 или наоборот, если значение второго бита - 1.

В новом эксперименте ученым удалось реализовать полный набор из четырех квантовых CNOT-гейтов, управляемых посредством микроволновых импульсов определенной частоты для каждой пары связанных кюбитов. На входе использовались все двухкюбитные состояния и их суперпозиции, состояния на выходе, в том числе кюбит-кюбитные корреляции, измерялись с помощью двух независимых SQUID-детекторов (от "superconducting quantum interference device" - "сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство").

CNOT-гейт представлял собой два близко расположенных алюминиевых контура, охлажденных всего до нескольких градусов по шкале Кельвина. Магнитное поле, создаваемое круговым током в одном контуре, воздействовало на ток, текущий во втором. При этом одно сверхпроводящее кольцо использовалось для управления состоянием (направлением тока) второго кольца.

Включение внешнего магнитного поля приводило к тому, что ток в управляющем контуре начинал течь одновременно по и против часовой стрелки, т.е. создавало суперпозицию 0 и 1 или кюбит, так что подобным образом начинал вести себя и второй (управляемый) контур.

На основе измерений была определена таблица истинности для таких гейтов и, таким образом, показана их применимость для выполнения квантовых алгоритмов, а также пригодность для использования в качестве элементов масштабируемых квантовых компьютеров.

Именно построением трех- и четырехкюбитных CNOT-гейтов и намерены заняться голландские физики в ближайшее время.

Результаты были опубликованы в недавнем выпуске журнала "Nature" (Vol. 447, Nо. 7146, Р. 753-881).

Сергей САНЬКО