Физики научились управлять работой миллионов квантовых битов

Технологии

ТАСС, 16 августа. Австралийские физики разработали новую систему контроля состояния кубитов, с помощью которой можно одновременно считывать и записывать данные в миллионы ячеек памяти квантового компьютера. Результаты исследования опубликовал научный журнал Science Advances.

На эту тему"Не до жиру, быть бы живу". Каково будущее квантового компьютера Google

"Проблема контроля состояния миллионов кубитов – одно из самых больших препятствий для создания полноценных универсальных квантовых компьютеров. Мы много лет думали над решением этой проблемы и поэтому были крайне рады тому, что нам удалось сделать большой шаг к этой цели", – рассказал один из авторов исследования, профессор Университета Нового Южного Уэльса Эндрю Дзурак.

Квантовыми компьютерами называют вычислительные устройства, в основе работы которых лежат принципы квантовой механики. В отличие от обычных компьютеров, в которых для передачи и обработки данных используются биты – единицы информации, которые содержат либо 1, либо 0, квантовые компьютеры оперируют кубитами – ячейками памяти и примитивными вычислительными модулями, которые могут хранить в себе одновременно и ноль, и единицу. Благодаря этому квантовые компьютеры могут обрабатывать большие объемы информации во много раз быстрее обычных – даже если это суперкомпьютеры с огромными вычислительными мощностями.

Полноценных квантовых компьютеров ученые пока не создали. Сейчас существуют только их прототипы – например, в 2017 году физик из Гарвардского университета Михаил Лукин рассказал о создании 51-кубитного прототипа, а компания Google в 2019-м году – о 53-кубитном прототипе под названием Sycamore, в начале декабря 2020 года китайские ученые создали фотонный квантовый компьютер "Цзю Чжан".

Дзурак и его коллеги по университету несколько десятилетий разрабатывают компоненты, необходимые для сборки полноценного твердотельного квантового компьютера. За это время они успели создать кубиты на основе одиночных атомов фосфора и кремния, а также использовали подобные структуры для создания первых твердотельных вычислительных модулей, способных совершать квантовые логические операции.

По словам Дзурака, развитию этих полупроводниковых квантовых компьютеров мешало то, что для работы с каждым кубитом необходимы индивидуальные излучатели и приемники микроволнового излучения, способные считывать и менять квантовое состояние ячеек памяти. Они занимают много места и мешают работе соседних кубитов, что ограничивает их максимальное число и плотность.

Эту проблему можно решить, если заставить кубиты взаимодействовать с магнитными полями, которые вырабатываются считывающим устройством, расположенным за пределами чипа. В теории благодаря этому можно одновременно контролировать состояние миллионов квантовых ячеек памяти, однако для этого необходимо научиться концентрировать это поле в отдельных регионах чипа.

Дзурак и его коллеги обнаружили, что это можно сделать, если вырабатывать магнитные поля не напрямую, а при помощи специального устройства, которое ученые называют "трехмерным диэлектрическим резонатором". Он представляет собой кристалл из соединения калия, таллия и кислорода, который поглощает поступающие в него импульсы микроволнового излучения и превращает их в сфокусированные колебания магнитного поля.

Подобным образом, как показали опыты австралийских исследователей, можно одновременно контролировать работу около четырех миллионов кубитов. Подобного количества ячеек памяти должно хватить для создания универсальной вычислительной машины, способной самостоятельно исправлять ошибки в своей работе.

В ближайшее время ученые проверят эту идею на практике и попытаются создать первые полупроводниковые квантовые компьютеры, содержащие в себе несколько десятков кубитов. Эти опыты, как надеются профессор Дзурак и его коллеги, продемонстрируют все преимущества новой технологии управления состоянием кубитов и откроют дорогу для создания первых универсальных квантовых вычислительных машин.

Источник: tass.ru

Оцените статью