Самые быстрые двухкубитные ворота между атомными кубитами
Кубиты - это квантовые биты, и они представляют собой квантово-вычислительный эквивалент двоичных битов
В качестве важного шага вперед для квантовых вычислений в атомном масштабе ученые создали первые двухкубитные ворота между атомами в кремнии, позволяющие кубитам связываться друг с другом и выполнять операции намного быстрее, чем когда-либо прежде.
Поскольку ворота с двумя кубитами являются фундаментальным строительным блоком квантового компьютера, достижение имеет довольно удивительные последствия.
«Многие думали, что это невозможно», — говорит физик Мишель Симмонс из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии.
Кубиты — это квантовые биты, и они представляют собой квантово-вычислительный эквивалент двоичных битов, базовых единиц информации. Однако, когда биты обрабатывают информацию в одном из двух состояний — 1 или 0 — кубит может находиться в состоянии 1, 0 или обоих одновременно, в зависимости от их состояний вращения. Последнее состояние — 1 и 0 одновременно — называется суперпозицией.
Поддержание суперпозиции кубитов позволяет квантовым компьютерам решать сложные математические задачи, выполняя вычисления, основанные на вероятности состояния объекта до его измерения.
Но для более эффективных вычислений ученые хотят, чтобы кубиты могли «общаться» друг с другом. Следовательно, нужно было создать ворота с двумя кубитами, которые команда UNSW смогла построить только в 2015 году.
Теперь, разместив два атомных кубита ближе друг к другу, чем они когда-либо были, и измерив и проконтролировав их спиновые состояния в режиме реального времени, исследователи сократили время операции с двумя кубитами до 0,8 наносекунд. Это в 200 раз быстрее, чем любые другие двухкубитные ворота, разработанные на сегодняшний день.
«Оптимизация каждого аспекта конструкции устройства с атомной точностью теперь позволила нам создать действительно быстрые, высокоточные двухкубитные логические элементы, которые являются фундаментальным строительным блоком масштабируемого квантового компьютера на основе кремния» — говорят исследователи.
Следующая основная цель — построить квантовую интегральную схему на 10 кубитов — и ученые надеются, что они достигнут ее в течение 3-4 лет.
В потенциале работающий крупномасштабный квантовый компьютер способен трансформировать современную экономику и создать новые отрасли будущего, решая в течение нескольких часов или минут проблемы, которые потребуют от обычных компьютеров — даже суперкомпьютеров, — столетия и решая иные труднопреодолимые задачи, которые даже суперкомпьютеры не могут решить за сколь-нибудь приемлемый срок.
Потенциальные приложения включают машинное обучение и искусственный интеллект, планирование и логистику, финансовый анализ, моделирование фондового рынка, проверку программного и аппаратного обеспечения, быстрое проектирование и тестирование лекарств, а также раннее обнаружение и профилактику заболеваний и так далее.
Y. He, S. K. Gorman, D. Keith, L. Kranz, J. G. Keizer, M. Y. Simmons. A two-qubit gate between phosphorus donor electrons in silicon. Nature, 2019; 571 (7765): 371 DOI: 10.1038/s41586-019-1381-2