Лучшими кубитами для квантовых вычислений могут быть нейтральные атомы

Блог компании FirstVDS. Автор оригинала: Philip Ball. В поисках наиболее масштабируемого оборудования для квантовых компьютеров кубиты, состоящие из отдельных атомов, переживают решающий момент.

В конце прошлого года технологический гигант IBM объявил о том, что может показаться важной вехой в квантовых вычислениях: о первом в мире чипе под названием Condor, содержащем более 1000 квантовых битов или кубитов. Прошло всего два года после того, как компания представила Eagle, первый чип с более чем 100 кубитами. Казалось, что эта область стремительно движется вперёд. Создание квантовых компьютеров, способных решать полезные задачи за рамками даже самых мощных классических суперкомпьютеров, требует ещё большего их масштабирования — возможно, до многих десятков или сотен тысяч кубитов. Но это ведь всего лишь вопрос техники, верно?

Не обязательно. Проблемы масштабирования настолько велики, что по мнению некоторых исследователей для их решения потребуется совершенно другое оборудование, а вовсе не микроэлектроника, используемая такими компаниями, как IBM или Google. Кубиты в Condor и чипе Sycamore от Google состоят из петель сверхпроводящего материала. Эти сверхпроводящие кубиты до сих пор были зайцем в гонке за полномасштабными квантовыми вычислениями. Но теперь сзади приближается черепаха: кубиты, состоящие из нейтральных атомов.

Недавние достижения превратили эти «кубиты на нейтральных атомах» из аутсайдеров в ведущих соперников.

«За последние два-три года прогресс был более стремительным, чем за любой предыдущий такой период», — сказал физик Марк Саффман из Университета Висконсина, Мэдисон.

Он насчитал как минимум пять компаний, стремящихся коммерциализировать квантовые вычисления на нейтральных атомах.

Как и биты в обычных компьютерах, кубиты кодируют двоичную информацию — 1 и 0. Но в то время как бит всегда находится в том или ином состоянии, информация в кубите может оставаться неопределённой в так называемой «суперпозиции», которая придает вес обеим возможностям. Для выполнения вычислений кубиты соединяются с помощью явления, называемого квантовой запутанностью, которое делает их возможные состояния взаимозависимыми. Конкретный квантовый алгоритм может потребовать последовательности запутанностей между различными наборами кубитов. При этом ответ считывается в конце вычислений, когда производится измерение, коллапсирующее каждую суперпозицию в определённые значения 1 или 0.

kubit1.pngМихаил Лукин (на фото слева) был пионером идеи квантовых вычислений на нейтральных атомах и недавно добился значительных успехов вместе с Маркусом Грейнером.

Идея использования квантовых состояний нейтральных атомов для такого кодирования информации была предложена в начале 2000-х годов гарвардским физиком Михаилом Лукиным и его коллегами, а также группой под руководством Ивана Дойча из Университета Нью-Мексико. По словам Лукина, долгое время широкое исследовательское сообщество соглашалось с тем, что квантовые вычисления на нейтральных атомах отличная идея в принципе, но на практике «они просто не работают».

«Но 20 лет спустя другие подходы не привели к успеху, — сказал Саффман. — Набор навыков и методы, необходимые для работы с нейтральными атомами, постепенно развиваются и становятся очень многообещающими».

Лаборатория Лукина в Гарварде, работающая с гарвардской группой Маркуса Грейнера и лабораторией Владана Вулетича из Массачусетского технологического института, была среди тех, кто проложил этот путь. В декабре они заявили, что создали программируемые квантовые схемы с сотнями кубитов на нейтральных атомах и выполнили с их помощью квантовые вычисления и коррекцию ошибок. А в марте команда Калифорнийского технологического института сообщила, что они создали массив из 6100 атомных кубитов. Такие результаты привлекают все больше сторонников этого подхода.

«Десять лет назад я бы не включил методы нейтральных атомов, если бы делал ставки на будущее квантовых вычислений, — сказал Эндрю Стин, теоретик квантовой информации из Оксфордского университета. — Это было бы ошибкой».

Битва кубитов

Ключевой вопрос в соперничестве между типами кубитов заключается в том, как долго каждый тип кубитов сможет сохранять свою суперпозицию, прежде чем он будет изменен каким-либо случайным (например, тепловым) колебанием. Для сверхпроводящих кубитов, таких как кубиты IBM или Google, это «время когерентности» обычно составляет в лучшем случае около миллисекунды. Все этапы квантовых вычислений должны происходить в течение этого периода времени.

Одним из преимуществ кодирования информации в состояниях отдельных атомов является то, что время их когерентности обычно намного больше.

Подробнее
Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4 (1 vote)
Источник(и):

Хабр