Для квантовых компьютеров нашли новую основу – лучше и стабильнее, чем обычные кубиты

Новый подход к реализации квантовых вычислений предложили физики Массачусетского технологического института (МТИ). Он позволяет добиться устойчивой работы кубит без необходимости изолировать их от окружающей среды, что является обязательным требованием во всех нынешних экземплярах квантовых машин.

Интересно Квантовые компьютеры впервые достигли точности вычислений выше 99 процентов: что это значит

Как работают квантовые компьютеры: коротко

• Квантовые компьютеры вместо обычных битов используют кубиты, основанные на двух явлениях микромира: квантовой суперпозиции и квантовой запутанности.
• Первое явление позволяет кубитам принимать значения 0 и 1 одновременно, второе синхронно изменяет состояние всех кубитов при смене одного из них.
• Благодаря этому квантовый компьютер способен параллельно перебирать множество вариантов, которые обычному компьютеру неподвластны.
• Чем больше кубитов в квантовом компьютере – тем он мощнее.
• Но удержать кубиты в запутанности крайне сложно – она мгновенно разрушается при малейшем контакте с окружающей средой.
• Поэтому создатели квантовых компьютеров прилагают огромные усилия, чтобы надежно изолировать кубиты.
• А чем больше кубитов – тем сложнее их удержать в запутанном состоянии.

Что предлагают ученые

Новая идея заключается в устойчивой попарной запутанности атомов или частиц, часто наблюдаемой в природе. В экспериментах изучали атомы калия-40, которые охладили до абсолютного нуля, однако для этой цели могут подойти и, например, атомы гелия-3. Оказалось, что когда атомы, запутанные попарно, поместить в лазерную ловушку, они управляются и синхронно "вибрируют", принимая два состояния одновременно.

Таким образом, каждая пара атомов становится эквивалентной одному кубиту, а все вместе они оказываются запутаны так же, как запутанные кубиты между собой в квантовом компьютере. И эта запутанность сохраняется, даже несмотря на множество посторонних шумов без изоляции от окружающей среды.

• Ученые смогли без труда удержать в запутанности 400 пар атомов в течение 10 секунд, и согласовано управлять ими.
• По расчетам этого времени уже хватит, чтобы провести некоторые квантовые вычисления.
• Сейчас самый современный квантовый процессор IBM оперирует всего 127 кубитами.

Теперь ученым следует научиться манипулировать кубитами отдельно, чтобы на их основе создать полноценные квантовые компьютеры. Как уверяют авторы работы, у них уже есть определенные идеи, которые помогут этого достичь. Достижение нового квантового превосходства может оказаться делом уже ближайшего будущего.