Рекордный массив атомов может обеспечить работу памяти и ЦП квантового компьютера
Исследователи из Чикагского университета продемонстрировали ключевую технологию, которая может помочь масштабировать квантовые компьютеры, и использовали ее для создания модели с рекордными 512 кубитами. Они объединили атомы двух элементов в массив, чтобы можно было манипулировать одним типом атомов одновременно, не мешая соседям.
Квантовые компьютеры — это устройства, которые выполняют вычисления и хранят информацию, используя причудливую область квантовой физики, включая такие явления, как суперпозиция и запутанность. Вооруженные этим, квантовые компьютеры готовы превзойти традиционные компьютеры на несколько порядков, но их нестабильность затрудняет их масштабирование.
Одна из самых многообещающих структур квантового компьютера состоит из массива атомов, выступающих в роли кубитов (квантовых битов), каждый из которых удерживается на месте с помощью лазерных лучей.
Обычно атомы в этих массивах представляют собой один и тот же элемент, что позволяет им объединяться в большую группу. Проблема в том, что это затрудняет манипулирование любыми отдельными атомами, не нарушая при этом их соседей, а это означает, что измерение данных может разрушить всю систему.
В новом исследовании ученые экспериментировали с созданием массива атомов двух разных элементов, рубидия и цезия. Разместив их в чередующемся порядке, каждый атом может быть окружен атомами другого элемента, а это означает, что любой заданный кубит можно измерить с минимальным прерыванием для его соседей.
Исследователи говорят, что эта техника имеет ряд преимуществ. Поскольку каждым из элементов можно управлять независимо, один тип атома может использоваться в качестве памяти, а другой выполняет вычисления, что делает их чем-то похожим на ОЗУ и ЦП. Или это может сократить время простоя при перезагрузке квантовых компьютеров.
«Когда вы проводите эксперименты с отдельными атомами, в какой-то момент вы теряете атомы», — сказал Ханнес Берньен, ведущий автор исследования.
«И тогда вам всегда нужно повторно инициализировать вашу систему, сначала создавая новое холодное облако атомов и ожидая, пока отдельные из них снова попадут в ловушку лазеров. Но из-за этой гибридной конструкции мы можем проводить эксперименты с этими видами по отдельности. Мы можем проводить эксперимент с атомами одного элемента, в то время как мы обновляем другие атомы, а затем переключаемся, чтобы у нас всегда были доступные кубиты».
На данный момент в ходе испытаний команда продемонстрировала впечатляющий массив — 256 атомов цезия и 256 атомов рубидия. В общей сложности 512 атомов делают этот массив кубитов самым большим из когда-либо собранных, превосходя процессор IBM Eagle со 127 кубитами.
Разница, однако, заключается в том, что Eagle является коммерчески доступным процессором, тогда как новый гибридный массив все еще является лишь прототипом и еще не имеет всех необходимых компонентов, чтобы называться квантовым компьютером.
Но ученые говорят, что продемонстрированная техника может быть полезна для создания более мощных и стабильных квантовых компьютеров.