Рекордный квантовый массив: 6100 кубитов открывают путь к компьютерам будущего

Физиками Калифорнийского технологического института был создан крупнейший на сегодняшний день массив кубитов, состоящий из 6100 нейтральных атомов. Это достижение, опубликованное в журнале Nature, знаменует собой значительный прорыв в гонке за масштабированием квантовых компьютеров. Ранее подобные системы на нейтральных атомах включали лишь сотни кубитов. Исследование проводилось под руководством профессора Мануэля Эндреса при ключевом участии аспирантов Ханны Манеч, Дьеххея Номуры и Эли Батая.

Основой технологии стало использование оптических пинцетов — высокосфокусированных лазерных лучей. Ученые разделили луч на 12 000 отдельных пинцетов, которые разместили в вакуумной камере и смогли удержать 6100 атомов цезия, образуя стабильную решетку. Визуально это предстает как множество светящихся точек, каждая из которых представляет собой отдельный кубит.

Ключевой успех работы заключается в том, что беспрецедентный масштаб не привел к снижению качества кубитов. Вопреки распространенному предположению о компромиссе между количеством и точностью, команде удалось сохранить состояние суперпозиции кубитов в течение примерно 13 секунд. Это почти в десять раз дольше, чем удавалось достичь в предыдущих экспериментах подобного типа. Одновременно с этим точность манипуляций с отдельными кубитами составила 99,98%, что является чрезвычайно высоким показателем.

Важным продемонстрированным свойством системы стала возможность перемещения атомов на расстояния в сотни микрометров по массиву без разрушения их хрупкого квантового состояния. Эта способность является конкурентным преимуществом платформ на нейтральных атомах перед системами со сверхпроводящими кубитами, имеющими жесткую схему. Ханна Манеч образно сравнила эту задачу с бегом с полным стаканом воды, где нужно одновременно и двигаться, и сохранять равновесие, чтобы вода не расплескалась.

Это достижение является критически важным шагом на пути к созданию полноценных квантовых компьютеров с коррекцией ошибок. Как поясняют исследователи, хрупкость кубитов требует использования избыточного количества физических кубитов для устойчивых к ошибкам компьютеров. Для надежных вычислений могут потребоваться сотни тысяч кубитов. Нынешний результат показывает, что платформа на нейтральных атомах является серьезным кандидатом для достижения этой цели, поскольку демонстрирует одновременную масштабируемость и высокую точность операций.

Следующей фундаментальной задачей, стоящей перед командой и областью в целом, является создание запутанности между кубитами в массиве. Запутанность — это квантовое явление, при котором частицы становятся взаимосвязанными, и именно оно дает квантовым компьютерам их уникальную вычислительную мощь. Она необходима для реализации квантовой коррекции ошибок, которая невозможна простым копированием информации из-за теоремы о запрете клонирования, и для выполнения алгоритмов, превосходящих классические аналоги.

В долгосрочной перспективе создание таких крупномасштабных и точных квантовых систем открывает путь к решению задач, недоступных сегодняшним компьютерам. Это включает открытие новых материалов и лекарств, моделирование сложных квантовых систем в физике и химии, а также исследование фундаментальных явлений, таких как новые фазы материи или свойства пространства-времени. Как отмечают ученые, они создают инструменты, которые позволят изучать Вселенную на языке, который может предложить только квантовая механика.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях