Новий підхід до реалізації квантових обчислень запропонували фізики Массачусетського технологічного інституту (МТІ). Він дозволяє домогтися стійкої роботи кубітів без необхідності ізолювати їх від навколишнього середовища, що є обов'язковою вимогою в усіх нинішніх екземплярах квартових машин.

Цікаво Квантові комп'ютери вперше досягли точності обчислень вище 99 відсотків: що це означає

Як працюють квантові комп'ютери: коротко

  • Квантові комп'ютери замість звичайних бітів використовують кубіти, які засновані на двох явищах мікросвіту: квантовій суперпозиції та квантовій заплутаності.
  • Перше явище дозволяє кубітам приймати значення 0 і 1 одночасно, друге — синхронно змінює стан всіх кубітів при зміні одного з них.
  • Завдяки цьому квантовий комп'ютер здатен паралельно перебирати величезну кількість варіантів, яка звичайному комп'ютеру непідвласна.
  • Чим більше кубітів в квантовому комп'ютері – тим він потужніший.
  • Але утримати кубіти в заплутаності вкрай складно – вона миттєво руйнується при найменшому контакті з навколишнім середовищем.
  • Тому творці квантових комп'ютерів докладають величезних зусиль, щоб надійно ізолювати кубіти.
  • А що більше кубітів – то складніше їх утримати в заплутаному стані.

Що пропонують науковці

Нова ідея полягає в стійкій попарній заплутаності атомів або частинок, яка нерідко спостерігається в природі. В експериментах вивчали атоми калію-40, які охолодили до абсолютного нуля, однак для цієї цілі можуть підійти й, наприклад, атоми гелію-3. Виявилось, що коли атоми, заплутані попарно, помістити в лазерну пастку, вони керовано й синхронно "вібрують", приймаючи два стани одночасно.

Таким чином, кожна пара атомів стає еквівалентною одному кубіту, а всі разом вони виявляються заплутані так само, як заплутані кубіти між собою в квантовому комп'ютері. І ця заплутаність зберігається, навіть попри безліч сторонніх шумів у відсутності ізоляції від навколишнього середовища.

  • Вчені змогли без зусиль утримати в заплутаності 400 пар атомів протягом 10 секунд, і узгоджено управляти ними.
  • За розрахунками, цього часу вже вистачить, щоб провести деякі квантові обчислення.
  • Зараз найсучасніший квантовий процесор IBM оперує лише 127 кубітами.

Тепер вченим належить навчитися маніпулювати кубітами окремо, щоб на їх основі створити повноцінні квантові комп'ютери. Як запевняють автори роботи, вони вже мають певні ідеї, які допоможуть цього досягти. Досягнення нової квантової переваги може виявитися справою вже найближчого майбутнього.