Физики предложили строить квантовые системы на атомах гелия-3, самом лёгком атомном виде, который удаётся удерживать и контролировать в современных лазерных ловушках. Расчёты показывают, что малая масса гелия-3 позволяет атомам перемещаться между ловушками за счёт квантового туннелирования как минимум в три раза быстрее, чем в уже испытанных системах на литии-6. Более быстрые перемещения могут упростить квантовые вычисления и моделирование сложных физических систем.
Команда из нескольких американских университетов представила не готовый компьютер, а подробную архитектуру будущей платформы. Работа вышла 8 июля 2026 года в PRX Quantum, а 8 сентября исследователи раскрыли планы по экспериментальной реализации системы. В основе проекта лежат отдельные метастабильные атомы гелия-3, размещённые в программируемом массиве лазерных ловушек.
Скорость здесь напрямую связана с массой атома. Чем легче частица, тем быстрее она способна туннелировать между соседними ловушками при одинаковых условиях. Для гелия-3 авторы получили скорость как минимум втрое выше показателей, ранее продемонстрированных с литием-6. Быстрое перемещение важно не только само по себе: в нейтрально-атомных процессорах атомы приходится переставлять, сближать для взаимодействия и разводить после выполнения операций.
Отдельные атомы планируют удерживать оптическими пинцетами , сфокусированными лазерными лучами, которые создают микроскопические потенциальные ловушки. С гелием долгое время мешала слишком высокая энергия электронных переходов, однако атом можно перевести в метастабильное состояние. У гелия такое состояние сохраняется около двух часов, поэтому исследователи рассчитывают получить достаточно времени для охлаждения, захвата и управления отдельными частицами.
Низкая масса даёт ещё одну возможность. Авторы предлагают кодировать кубиты непосредственно в движении атома внутри лазерной ловушки, используя разные квантованные колебательные состояния. Расчёты также охватывают взаимодействия через ридберговские состояния, которые могут связывать атомы и использоваться для квантовых операций. Более разнесённые энергетические уровни гелия должны облегчить лазерное охлаждение по сравнению с литием.
Выбор именно гелия-3 связан не только с массой. Гелий-3 относится к фермионам, тогда как распространённый гелий-4 является бозоном. Фермионная природа позволяет напрямую воспроизводить поведение электронов и других фермионных систем, не переводя задачу целиком в искусственное представление на бозонных кубитах. Авторы считают такой подход перспективным для квантовой химии, решёточных калибровочных теорий и других задач, где движение фермионов играет центральную роль.
До работающего процессора пока далеко. Исследователи планируют сначала отработать захват атомов на более доступном гелии-4, а затем перейти к дорогому гелию-3. Первые эксперименты с удержанием отдельных атомов гелия-3 в оптических пинцетах рассчитывают провести в течение одного-двух лет. Для будущих установок при этом потребуются лишь десятки атомов, поэтому высокая стоимость изотопа не должна стать главным ограничением на лабораторном этапе.
Предложение появляется на фоне быстрого роста нейтрально-атомных платформ. Современные установки уже удерживают тысячи отдельных атомов в перестраиваемых лазерных массивах, а ключевой инженерной задачей становится не только увеличение числа кубитов, но и быстрое перемещение квантовой информации между разными участками системы. Гелий-3 предлагает ускорить именно такие операции за счёт фундаментального свойства самого атома, его небольшой массы.
Работу с метастабильными атомами гелия-3 не следует смешивать с другой опубликованной недавно концепцией на том же изотопе. Независимая группа предложила кубит на сверхтекучем гелии-3 и рассчитала для него примерно стократное снижение некоторых ошибок по сравнению со сверхпроводящими схемами. В проекте с оптическими пинцетами гелий не используется как сверхтекучая жидкость, а заявленный выигрыш относится прежде всего к скорости туннелирования и перемещения отдельных атомов.