Новый прорыв в области кубитов может изменить квантовые вычисления

345

Ученые всего мира спешат разработать компьютер нового типа, основанный на использовании квантовых битов, или кубитов, которые могут одновременно быть 0 и 1 и когда-нибудь сможет решать сложные задачи, недоступные любым классическим суперкомпьютерам.

Теперь группа исследователей объявила о создании новой кубитной платформы, которая открывает большие перспективы для превращения в будущие квантовые компьютеры.

«Квантовые могут стать революционным инструментом для выполнения вычислений, которые практически невозможны для классических компьютеров, но еще многое предстоит сделать, чтобы сделать их реальностью», — сказал Вэй Го, соавтор статьи. «С этим исследованием мы думаем, что совершили прорыв, который имеет большое значение для создания кубитов, которые помогут реализовать потенциал этой технологии».

Ученые создали свой кубит, заморозив газообразный неон в твердое тело при очень низких температурах, распылив из лампочки на твердое тело и захватив там один электрон.

Хотя существует множество вариантов типов кубитов, команда выбрала самый простой — один электрон. Нагрев простой световой нити, такой как в детской игрушке, может легко выпустить безграничный запас электронов.

Одним из важных качеств кубитов является их способность оставаться в состоянии 0 или 1 одновременно в течение длительного времени, что известно как «время когерентности». Это время ограничено, и этот предел определяется тем, как взаимодействуют с окружающей средой. Дефекты в системе кубитов могут значительно сократить время когерентности.

По этой причине команда исследователей решила поймать электрон на сверхчистой твердой поверхности неона в вакууме. Неон является одним из шести инертных элементов, то есть он не вступает в реакцию с другими элементами.

«Из-за этой инертности твердый неон может служить самым чистым твердым телом в вакууме для размещения и защиты любых кубитов от разрушения», — сказал Дафей Джин, главный исследователь проекта.

Используя сверхпроводящий резонатор размером с микросхему — как миниатюрную микроволновую печь — команда смогла манипулировать захваченными электронами, позволяя им считывать и сохранять информацию с кубита, что делает его полезным для использования в будущих квантовых компьютерах.

В предыдущих исследованиях в качестве среды для удержания электронов использовался жидкий гелий. Этот материал было легко очистить от дефектов, но колебания свободной жидкости могли легко нарушить состояние электрона и, следовательно, поставить под угрозу работу кубита.

Твердый неон предлагает материал с небольшим количеством дефектов, который не вибрирует, как жидкий гелий. После создания своей платформы команда выполняла операции с кубитами в реальном времени, используя микроволновые на захваченном электроне, и охарактеризовала его квантовые свойства.

Эти тесты продемонстрировали, что твердый неон обеспечивает надежную среду для электрона с очень низким электрическим шумом, который может его побеспокоить. Что наиболее важно, кубит достиг времени когерентности в квантовом состоянии, конкурентоспособного с другими современными кубитами.

По словам ученых, простота платформы кубитов также должна обеспечивать простое и недорогое производство.

Перспективы квантовых вычислений заключаются в способности этой технологии следующего поколения решать определенные задачи намного быстрее, чем их могут решить классические компьютеры.

Исследователи стремятся объединить длительное время когерентности со способностью нескольких кубитов связываться друг с другом, известной как запутанность. Таким образом, квантовые могли бы найти ответы на проблемы, на решение которых у классического компьютера ушли бы многие годы.

Рассмотрим задачу, в которой исследователи хотят найти самую низкую энергетическую конфигурацию белка, состоящего из многих аминокислот.

Эти аминокислоты могут складываться триллионами способов, на расчет которых не способен ни один классический компьютер. С помощью квантовых вычислений можно использовать запутанные для создания суперпозиции всех конфигураций складывания, что дает возможность одновременно проверять все возможные ответы и более эффективно решать проблему.

«Исследователям нужно было бы просто сделать один расчет вместо того, чтобы пробовать триллионы возможных конфигураций», — сказал Вэй Го.

Результаты работы были опубликованы в Nature.

Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии