Соединение нескольких квантовых микрочипов… Для непосвященных этот подвиг может показаться несколько непонятным, но он представляет собой серьезное достижение, которое может облегчить создание функциональных квантовых компьютеров.
Над этим вопросом работала группа ученых из Университета Сассекса в США. Их целью было найти способ заставить несколько чипов работать вместе в квантовом компьютере. Их исследование было опубликовано в журнале . Исследователям удалось заставить кубиты перемещаться между двумя чипами с невиданной ранее скоростью и надежностью. Чтобы лучше понять, почему этот прорыв важен, давайте сначала рассмотрим определение понятия «кубита».
Для квантового компьютера кубиты — это то же самое, что бит для классического компьютера: то есть основная единица информации, из которой состоят все коды в компьютере. Бит может быть 0 или 1, и именно на этих 0 и 1 основаны все программы. Квантовый компьютер, с другой стороны, использует «кубиты», или квантовые биты, которые могут быть как 0, так и 1, в суперпозиции состояний, в дополнение к состояниям 0 и 1.
Но если говорить более конкретно, из чего состоит кубит? На самом деле это атомы, которые «организованы» различными способами так, чтобы они взаимодействовали друг с другом и помещались в те квантовые состояния, которые требуются компьютеру. Существует несколько способов добиться этого. В данном случае ученые использовали так называемые «ловушки для атомов», которые, опять же, могут быть разных видов. Они не первые, кто сделал это: на самом деле, это довольно классический метод создания кубитов в квантовой физике. На квантовом чипе может храниться только ограниченное количество кубитов.
Электрическое поле для переноса кубитов
«По мере развития квантовых компьютеров мы в конечном итоге будем ограничены размером микрочипа, который ограничивает количество квантовых битов, которые может вместить такой чип«, — объясняет квантовый ученый Винфрид Хенсингер из Университета Сассекса. Именно в этом вопросе команде удалось преодолеть значительный барьер. Им удалось соединить несколько чипов вместе, что означает, что количество кубитов может быть увеличено экспоненциально.
a) Два модуля («Модуль A» и «Модуль B») показаны как полностью непрозрачные, а части десяти других модулей показаны как частично прозрачные. В качестве примера, каждый модуль содержит 4 X-перехода и структурирован таким образом, что он пересекается с соседними модулями. Реалистичная реализация может иметь гораздо больше Х-переходов на модуль. На панели b) показан один Х-переход на модуле. В этой архитектуре определенные области Х-перехода связаны с определенными функциями и соединены подвижными ионами. Например, один кубит может быть расположен в области затвора для операций квантовой логики (синяя рамка), в то время как другой кубит может быть сохранен или перемещен в область памяти (красная рамка). На панели c) показано пространство между модулями. Отдельные пары радиочастотных электродов простираются до края модулей для создания радиального удерживающего потенциала для переноса ионов в соседний модуль.
Еще лучше то, что им удалось добиться очень хорошей стабильности: «Хотя кубиты, как известно, трудно поддерживать в стабильном состоянии и перемещать, команда добилась успеха в 99,999993% и скорости соединения 2424 связей в секунду«, — говорится в статье на сайте ScienceAlert. Для передачи данных между чипами исследователи использовали специальную технику, которую они назвали UQConnect. Если говорить конкретнее, то это использование электрического поля для переноса кубитов. Это означает, что микрочипы могут быть собраны так же, как кусочки головоломки для построения квантовых компьютеров.
Заставить квантовый компьютер работать — мечта многих ученых, и в настоящее время ведется множество исследований. Действительно, эти машины обещают беспрецедентную вычислительную мощность, которая позволит решать чрезвычайно сложные задачи. Например, они могут оказаться способными разрабатывать новые материалы, ускорять исследования по созданию лекарств или улучшать компьютерную безопасность.