Топологические квантовые компьютеры давно считаются «святым Граалем» в мире вычислений благодаря своим «бессмертным» кубитам, чрезвычайно устойчивым к ошибкам. Однако на пути к их созданию стоит фундаментальная проблема: несмотря на свою стабильность, эти системы не являются универсальными. Недавнее теоретическое открытие предлагает возможное решение этой давней головоломки.

Основная идея топологических вычислений заключается в использовании квазичастиц, называемых анионами, в качестве носителей квантовой информации (кубитов). Их главное преимущество — топологическая защита: информация кодируется не в самой частице, а в свойствах всей системы, что делает ее невосприимчивой к локальным помехам. Однако наиболее изученные и стабильные изинговские анионы обладают серьезным недостатком: они могут выполнять лишь ограниченный набор логических операций, недостаточный для полноценных вычислений.

Эта проблема универсальности является главным «слабым звеном», которое мешает реализовать весь потенциал кубитов. Неспособность выполнять произвольные алгоритмы делает такие системы узкоспециализированными и неспособными заменить классические суперкомпьютеры в широком спектре задач, от создания лекарств до разработки новых материалов.

Недавно исследователи из США предложили теоретическое решение, введя концепцию новой частицы — Neglecton. Добавление всего одного такого объекта в систему может наделить ее способностью к универсальным вычислениям. Хотя это пока лишь теория, она указывает путь для преодоления ключевого барьера и превращает сложнейшую инженерную задачу, создание стабильных кубитов — в более понятную цель: найти материал, способный вместить в себя как анионы, так и неглектоны.

Ученые из Калифорнийского технологического института (Caltech) нашли способ значительно продлить жизнь квантовой информации, превращая ее в звуковые волны. Это элегантное решение одной из главных проблем квантовых вычислений, быстрой потери данных — открывает путь к созданию практичных и мощных квантовых компьютеров.

Главный недостаток современных сверхпроводящих кубитов, используемых Google и IBM, — их «забывчивость». Хрупкое квантовое состояние, в котором хранится информация, разрушается за считанные микросекунды из-за внешних помех. Команда Caltech разработала гибридную систему, где информация из «шумного» электрического кубита передается на крошечный и более стабильный механический резонатор.

Этот резонатор, похожий на микроскопический камертон, вибрирует на сверхвысоких частотах. Квантовое состояние кубита преобразуется в квантованные звуковые колебания — фононы. Информация, сохраненная в виде звуковой волны, оказалась гораздо более устойчивой: время ее жизни увеличилось в 30 раз. Это позволяет «паковать» квантовые данные, выполнять другие операции, а затем считывать их обратно для дальнейших вычислений.

Открытие доказывает состоятельность новой концепции гибридных квантовых систем, где разные физические платформы выполняют те задачи, в которых они сильны: сверхпроводящие кубиты — для быстрых вычислений, а механические резонаторы — для надежного хранения. Этот подход делает архитектуру квантовых компьютеров более похожей на классические, с разделением на процессоры и модули памяти, приближая эру практических квантовых вычислений.