Новые возможности для квантовых компьютеров
Исследователи из Оксфордского университета установили новый рекорд скорости для так называемых «логических ворот», которые составляют строительные блоки квантовых вычислений — технологию, которая может трансформировать процесс обработки информации.
Квантовые компьютеры, которые функционируют по законам квантовой физики, обладают большим потенциалом, чтобы превзойти вычислительную мощность современных классических компьютеров.
Команда из Оксфорда использует метод ловушек-ионов для разработки своего компьютера, в котором в логические ворота помещают два заряженных атома — содержащие информацию в виде квантовых бит или кубитов — в состояние квантового переплетения. Описанная Эйнштейном как «жуткая», запутанность лежит в основе квантовой технологии и означает, что свойства двух атомов остаются связанными, даже когда они разделены большими расстояниями.
Исследование, проведенное учеными из Научно-исследовательского совета по инженерным и физическим наукам (EPSRC), публикуется в журнале Nature. Исследование основывается на предыдущей работе, в которой команда во главе с профессором Дэвидом Лукасом и профессором Эндрю Стейном из Отделения физики Оксфорда достигла мировой рекорд точности логических ворот, достигая требуемой точности, установленной теоретическими моделями квантовых вычислений.
Ведущими авторами статьи являются доктор Вера Шефер и доктор Крис Балланс, научные сотрудники колледжа Магдален, Оксфорд. Вера Шефер сказала: «Квантовые вычисления идеально подходят для таких задач, как факторизация больших чисел или имитация сложных реакций между молекулами, чтобы помочь в разработке лекарств.
«Предыдущая работа в нашей группе производила квантово-логические ворота с рекордной точностью. Затем мы начали работу по увеличению скорости работы этих ворот без ущерба для их точности, что весьма сложно. Захваченные ионы движутся как маятник во время работы затвора, но когда этот процесс ускоряется, они становятся чувствительными к ряду факторов, которые вызывают ошибки.
«Используя метод, который точно формирует силу на ионах, так что производительность ворот становится устойчивой к этим факторам, мы смогли увеличить скорость в 20-60 раз по сравнению с предыдущими лучшими воротами — которые обеспечивали скорость в 1,6 микросекунды, с точностью до 99,8%.
«Мы теперь произвели самую высокую точность и самые быстрые ворота, достигнув точки, в которой наши логические ворота в принципе достаточно хороши для квантовых вычислений. Следующий шаг — подумать об этом с практической точки зрения и работать над расширением нашей системы для создания жизнеспособного квантового компьютера».
Профессор Лукас говорит: «Кубиты с ионной ловушкой уже давно являются пробным камнем для точности в мире квантовых вычислений, а также обладают прекрасной возможностью, с которой они естественным образом взаимодействуют с фотонами для сетевых приложений. Но один из недостатков заключался в том, что основные операции по запутыванию всегда были довольно медленными. В нашем последнем эксперименте мы смогли генерировать ее в короткие сроки, менее чем за 480 наносекунд, демонстрируя, что логическая скорость не должна ограничиваться естественными временными шкалами «маятникового» движения ионов».
Больше информации: V. M. Schäfer et al, Fast quantum logic gates with trapped-ion qubits, Nature (2018). DOI: 10.1038/nature25737