Учёные нашли стабильную основу для квантовых компьютеров — кубиты из «вибрирующих атомов» даже не нуждаются в изоляции
Если связать атомы попарно — запутанность кубитов долго не разрушается из-за помех, что решает главную проблему квантовых компьютеров.
Кубиты из «вибрирующих атомов», иллюстрация МТИ
Физики Массачусетского технологического института (МТИ) предложили новый подход к реализации квантовых вычислений. Он позволяет уклониться от главной проблемы на пути к полноценным квантовым компьютерам и добиться устойчивой работы кубитов без необходимости изолировать их от окружающей среды, сообщают учёные в журнале Nature.
Квантовые компьютеры вместо обычных битов используют кубиты, которые основаны на двух явлениях микромира: квантовой суперпозиции и квантовой запутанности. Первое явление позволяет кубитам принимать значения 0 и 1 одновременно, второе — синхронно меняет состояние всех кубитов при изменении одного из них.
Благодаря этому квантовый компьютер может параллельно перебирать огромное количество вариантов, которое обычный компьютер вынужден перебирать последовательно, один вариант за другим. Чем больше кубитов в квантовом компьютере — тем он мощнее, причём с увеличением количества кубитов вычислительная мощь растёт по экспоненте.
Но удержать кубиты в запутанности крайне сложно — она мгновенно разрушается при малейшем контакте с окружающей средой. Поэтому создатели квантовых компьютеров тратят огромные усилия на то, чтобы надёжно изолировать кубиты от посторонних шумов. И чем больше кубитов — тем сложнее их удержать в запутанном состоянии.
Подход учёных из МТИ основан на устойчивой попарной запутанности атомов или частиц, которая нередко наблюдается в природе — например, в виде атомов гелия-3. В своих экспериментах физики изучали атомы калия-40 (изотоп обычного калия), охлаждённые почти до абсолютного нуля: −273,14999999 °C. Когда эти атомы, запутанные попарно, поместили в лазерную «ловушку» — оказалось, что они управляемо и синхронно «вибрируют», принимая два состояния одновременно.
Как иллюстрируют физики МТИ, запутанные атомы колеблются в одном и одновременно в противоположных направлениях, что делает их надёжной основой для кубитов
То есть, каждая пара атомов становится эквивалентной одному кубиту, а все вместе они оказываются запутаны так же, как запутаны кубиты между собой в квантовом компьютере. И эта запутанность сохраняется, даже несмотря на множество сторонних шумов в отсутствии изоляции от окружающей среды.
Учёные смогли без труда удержать в запутанности сразу 400 пар атомов на протяжении 10 секунд, и согласованно управлять ими. По расчётам, этого времени уже хватит, чтобы провести некоторые квантовые вычисления. Сейчас самый современный квантовый процессор IBM оперирует только 127 кубитами.
Для создания полноценных квантовых компьютеров на основе таких кубитов необходимо научиться манипулировать ими по отдельности. По словам физиков, у них уже есть варианты решения этой проблемы, так что достижение квантового превосходства может оказаться делом уже ближайшего будущего.
#новости #физика #компьютеры