Расчёт: кубит считывают по току без вспомогательных кубитов

Подробно

Что именно предложили авторы?

Статья называется «Andreev qubit readout from dynamic interference supercurrent». Её написали Xian-Peng Zhang, Chuanchang Zeng, Zhen-Biao Yang, José Carlos Egues и Yugui Yao из Пекинского технологического института, Гонконгского университета науки и технологий, Фучжоуского университета и Университета Сан-Паулу. Опубликована как Letter в Physical Review B (том 114, L080502, DOI 10.1103/6gkt-hghj), рукопись принята 8 июля 2026 года.

Речь об андреевском кубите. Он создаётся в квантовой точке в нанопроводе из арсенида индия (InAs), которая туннельно связана с двумя сверхпроводящими контактами из InAs и алюминия. Состояния кубита - основное и двухквазичастичное, оба с чётной фермионной чётностью.

Обычно, чтобы прочитать кубит, его состояние переносят на вспомогательный кубит (ancilla). Авторы предлагают другой путь. Профессор Института физики Сан-Карлуса Университета Сан-Паулу Хосе Карлос Эгес, автор работы, объяснил это так:

«Наша стратегия иная. Вместо того чтобы переносить информацию на вспомогательный кубит, мы стараемся получить её из сигнала, который создаёт сам изучаемый кубит».

Как сверхток выдаёт состояние кубита?

По расчёту, сверхток кубита в произвольной суперпозиции состоит из постоянной и колеблющейся части. Постоянная часть и амплитуда колебаний показывают соотношение состояний 0 и 1, а фаза колебаний - соотношение фаз между ними. Вместе это позволяет восстановить исходное состояние. Эгес говорит:

«Наше исследование показало, что эта информация закодирована в самом сверхтоке. У сверхтока есть постоянная и колеблющаяся составляющие. Значение постоянной составляющей и амплитуда колебаний показывают долю каждого из состояний (0 и 1) в суперпозиции, а момент, когда колебания начинаются, показывает фазовое соотношение между ними».

Колебания возникают из интерференции многочастичных состояний. Они похожи на переменный ток в эффекте Джозефсона, но внешнее напряжение не нужно:

«Наша система создаёт сверхток, который меняется во времени как переменный, но без напряжения. Эти колебания рождает сама эволюция состояния кубита».

В точках вырождения, где частота кубита равна нулю, колебательная составляющая исчезает.

Кубит предлагают поместить в большую сверхпроводящую петлю. Над ней располагается малая приёмная катушка SQUID-магнитометра - чувствительного датчика магнитного потока. Он улавливает поток, который создаёт меняющийся ток. Измеряется поток в катушке, а не сам кубит. По словам авторов, это позволяет обойтись без вспомогательного кубита и без повторной подготовки состояния перед каждым отсчётом.

Насколько точным оказалось считывание в расчётах?

Авторы использовали аналитический вывод, точную диагонализацию эффективной модели перехода и численную симуляцию повторных измерений. В расчёте принято, что ток катушки около 0,1 мкА, а ток кубита - порядка 1-10 мкА. Интервал между измерениями выбран порядка 0,1 нс, что, по утверждению авторов, намного меньше времени когерентности кубита. В симуляции добавлен гауссов шум (стандартное отклонение 0,02 от характерного тока).

При фиксированном параметре обратной реакции катушки расчётная fidelity (степень совпадения восстановленного состояния с исходным) составила:

• 99,52% при трёх измерениях;
• 99,85% при пяти измерениях;
• 99,81% при девяти измерениях.

Это результат одной модельной процедуры, а не измеренная точность устройства. Доверительные интервалы в статье не приведены. Пресс-релиз называет эти числа «accuracies», но в работе рассчитана именно infidelity (мера ошибки, равная 1 минус fidelity). Авторы и FAPESP говорят, что результаты укладываются в стандартные пороги квантовой коррекции ошибок. Конкретный код или числовой порог в основном тексте не названы, поэтому это утверждение нельзя считать доказательством пригодности схемы для определённого квантового компьютера.

Означает ли это, что кубит читается без разрушения?

Не полностью. Взаимная индукция петли и катушки создаёт обратную реакцию и немного меняет состояние кубита. Авторы говорят лишь о том, что при слабой связи можно сколь угодно близко подойти к неразрушающему пределу. Эгес подчёркивает:

«Наш метод не устраняет фундаментальную проблему квантового измерения. Но он может приблизиться к пределу неразрушающего считывания и при этом избежать использования вспомогательных кубитов - анцилл».

Заголовки пресс-релиза FAPESP и Phys.org («without destroying it») звучат категоричнее, чем сама статья.

Построено ли устройство и что дальше?

Нет. Работа полностью теоретическая. Шум добавлен в симуляцию искусственно, а обратная реакция катушки описана феноменологическим параметром, потому что точные коэффициенты авторы сочли слишком сложными. Эгес заявил:

«Все числа, которые мы использовали, реалистичны. В принципе, этого можно добиться. Мы использовали в расчётах параметры существующих систем. Чего пока нет - это той геометрии, той установки, которую мы предложили».

Нужно изготовить схему и проверить на опыте, существует ли предсказанный сигнал, как влияет на кубит катушка и какова реальная fidelity. Независимых комментариев специалистов к этой работе найти не удалось.

Чем это отличается от прежних подходов к андреевским кубитам?

Теоретически андреевский кубит рассматривали ещё в работе А. Зазунова с соавторами в Physical Review Letters, 26 февраля 2003 года. В ней рассмотрено двухуровневое состояние в квантовом контакте внутри rf-SQUID и его связь с циркулирующим сверхтоком. В 2020 году M. Hays с соавторами в Nature Physics экспериментально показали однократное считывание спина квазичастицы в андреевских уровнях нанопроводного перехода с помощью микроволнового резонатора. QND-fidelity (показатель неразрушающего характера измерения) составила 92% за 1,9 мкс. Новая работа предлагает другой механизм: извлекать состояние из собственного динамического сверхтока через SQUID.

Первая версия препринта появилась на arXiv 25 сентября 2024 года, вторая - 26 декабря 2025 года. Работу поддержали фонды Китая, Гонконга и Бразилии, включая National Key R&D Program of China, Национальный фонд естественных наук Китая, Совет по грантам на исследования Гонконга, CNPq и FAPESP.