Создан первый твердотельный квантовый процессор

На модерации Отложенный Группа исследователей, которую возглавили ученые Йельского университета, создала первый рудиментарный твердотельный квантовый процессор. Тем самым был сделан еще один шагом на пути к конечной мечте - созданию квантового компьютера.

Специалисты использовали двукубитовый (кубит – квантовый бит) сверхпроводящий микрочип для успешного запуска элементарного алгоритма – простого поиска. Впервые в мире они смогли продемонстрировать квантовую обработку информации с помощью твердотельного устройства. Их выводы опубликованы в журнале "Nature".

"Наш процессор может выполнять лишь несколько очень простых квантовых задач, которые были продемонстрированы ранее на одном ядре, атомах и фотонах", - сказал Роберт Шоэлькопф, профессор прикладной физики из университета Йеля. – Однако впервые это удалось проделать на электронном устройстве, которое выглядит и ведет себя как обычный микропроцессор".

Работая с группой физиков-теоретиков под руководством Стивена Гирвина, команда изготовила два искусственных атома, или кубита. Хотя каждый кубит фактически состоит из миллиардов атомов алюминия, он действует как один атом, который может принимать два разных энергетических состояния. Эти состояния сродни битам "1" и "0" или "оn" и "off " в обычных компьютерах.

Благодаря действию законов квантовой механики, ученые могут эффективно манипулировать кубитами, добиваясь одновременного "наложения" нескольких состояний, что позволяет хранить и перерабатывать большее количество информации.

Например, представьте, что у вас есть четыре телефонных номера, в том числе один вашего друга, но вы не знаете, какой именно. Вам, как правило, придется перепробовать два-три номера, прежде чем вы наберете правильный. Квантовый же процессор может найти нужное число всего с одной попытки.

Хотя эти виды расчетов очень просты, до сих пор не возможно было их проводить с использованием твердотельных кубитов, отчасти потому, что ученым не удавалось "заставить" кубиты существовать достаточно долго. Хотя десять лет назад ученые смогли продержать конкретное квантовое состояние первого кубита около наносекунду, Шоэлькопф и его команда пошли дальше – теперь они могут поддерживать нужные состояния на протяжении микросекунды – это в тысячу раз больше и достаточно для выполнения простых алгоритмов. Для выполнения операций кубиты взаимодействуют друг с другом с помощью "квантового автобуса" - фотонов, которые передают информацию с помощью проводов, соединяющих кубиты. Эти "автобусы" ранее были разработаны также йельской группой.

"Фишка", сделавшая возможным работу двукубитового процессора, заключается в том, что ученые заставили кубиты резко переключаться на "On" и "Off", чтобы они быстро обменивались информацией и только тогда, когда этого хотят исследователи, отметил Леонардо ДиКарло, который пишет докторскую по прикладной физике на факультете инженерных и прикладных наук Йельского университета. Именно ДиКарло выступает ведущим автором данной работы.

Далее группа будет работать над увеличением количества времени сохранения квантовых состояний кубитов, чтобы запустить более сложные алгоритмы.

Ученые будут также работать над проблемой подключения большего числа кубитов к квантовому автобусу. Переработка энергии возрастает экспоненциально с каждым новым кубитом, говорит профессор Шоэлькопф, поэтому потенциал более продвинутых квантовых вычислений просто огромен. При этом ученый предупреждает: потребуется еще некоторое время, прежде чем квантовые компьютеры смогут использовать для решения сложных задач.