Ми вже знаємо, що кубіт може перебувати у стані 0, 1 або їхній суперпозиції. Але досі ми говорили лише про його властивості. Настав час з’ясувати, що ж таке кубіт фізично.
Сьогодні фізики навчилися створювати кубіти багатьма різними способами. Ним може бути окремий атом, іон, фотон або навіть дефект у кристалі. Але більшість сучасних квантових комп’ютерів, зокрема IBM і Google, використовують надпровідникові кубіти.
Такий кубіт зовсім не схожий на атом із підручника. Його виготовляють на кремнієвій пластині майже так само, як і звичайні комп’ютерні мікросхеми. За допомогою тих самих технологій, що використовують для виробництва сучасних процесорів, на поверхню пластини наносять надтонкі шари металу, а потім за допомогою фотолітографії та плазмового травлення формують майбутню електричну схему кубіта. Її розміри становлять лише десятки мікрометрів.
Найчастіше такі схеми виготовляють із алюмінію, рідше — з ніобію. Якщо охолодити їх майже до абсолютного нуля, ці метали переходять у стан надпровідності. У такому стані електричний струм може циркулювати без втрат енергії.
Найважливішою частиною кубіта є джозефсонівський перехід. Він складається з двох надпровідникових електродів, між якими знаходиться надзвичайно тонкий шар оксиду алюмінію товщиною всього один-два нанометри. Для порівняння, людська волосина приблизно у 50 тисяч разів товстіша. Через цей надтонкий бар’єр електрони можуть проходити завдяки квантовому тунелюванню — фізичному явищу, під час якого електрон або атом проходить крізь енергетичний бар’єр, маючи енергію, якої за законами звичайної фізики недостатньо для його подолання. Це відбувається через хвильову природу матерії у світі малих об’єктів.
Саме завдяки джозефсонівському переходу ця електрична схема перестає поводитися як звичайний провідник і починає проявляти квантові властивості. У результаті вся крихітна схема працює як єдина квантова система. Два її найнижчі енергетичні стани приймають за логічні 0 і 1, а завдяки законам квантової механіки вона може перебувати і в суперпозиції цих станів.
Тобто кубіт — це не окрема частинка і не маленький перемикач. Це спеціально створена інженерами надпровідникова електрична схема, яка завдяки законам квантової механіки поводиться як один великий штучний атом.
Додаткову інформацію дивись на сторінці “Наш Всесвіт“.