Квантовий маршрутизатор, випробуваний на китайському надпровідниковому квантовому комп’ютері Origin Wukong, продемонстрував ефективність передавання інформації до 98%. Це дає дослідникам новий шлях до створення масштабованих систем квантової пам’яті на вже наявному обладнанні, повідомляє видання Interesting Engineering.
Над проєктом працювали кілька китайських наукових груп, які розробили та протестували когерентну систему маршрутизації для так званої «ланцюгової» квантової пам’яті з довільним доступом — QRAM (bucket-brigade quantum random access memory). Їхня мета — з’ясувати, як ефективно спрямовувати квантову інформацію в системі, архітектура якої стає дедалі складнішою.
Як працює квантова маршрутизація
Експерименти проводили на Origin Wukong — це третє покоління надпровідникового квантового комп’ютера, розробленого в Китаї. Замість того, щоб перевіряти лише окремий елемент, дослідники створили як окремі маршрутизатори, так і мережу з двох рівнів, де маршрутизаційні функції пов’язані між собою.
Когерентна система маршрутизації описується як «швидкісна смуга» для передавання даних. Вона спеціально орієнтована на реалізацію QRAM за схемою bucket-brigade, де інформація має проходити через послідовність вузлів, не втрачаючи квантових властивостей. Команда вивчала, як таку схему можна реалізувати на надпровідниковому квантовому «залізі».
Створення трьох незалежних маршрутизаторів дало змогу окремо оцінити роботу кожного вузла. Дворівнева мережа, у свою чергу, дозволила перевірити, як система поводиться при проходженні сигналу через кілька етапів маршрутизації. Це важливо для розуміння того, як результати масштабуватимуться в реальних, більш складних квантових мережах.
Результати: ефективність і вірність
Окремий квантовий маршрутизатор досяг ефективності передавання інформації до 98%. У дворівневій мережі загальна ефективність становила 93%. Це означає, що частка сигналу, яка успішно проходить через систему, зменшується зі зростанням кількості етапів маршрутизації, але залишається досить високою.
Окрім цього, команди провели тести довільного доступу до пам’яті, де вимірювали середню вірність (fidelity) операцій. Для одного маршрутизатора вона склала 94,8%, а для дворівневої мережі — 82,4%. Це окремі показники від ефективності передавання: вірність описує, наскільки точно зберігається квантовий стан, а не лише те, яка частина сигналу доходить до виходу.
Автори підкреслюють, що показник 98% стосується саме ефективності передавання окремого маршрутизатора. Він не відображає вірність усієї мережі й тим більше не є характеристикою продуктивності квантового комп’ютера Origin Wukong загалом.
Попри те, що в дворівневій мережі і ефективність, і вірність нижчі, ніж у поодинокого вузла, експерименти демонструють роботу маршрутизації на двох рівнях складності в межах однієї надпровідникової платформи.
Крок до масштабованої квантової пам’яті
За словами дослідників, отримані результати відкривають новий підхід до побудови масштабованої QRAM на вже існуючому надпровідниковому обладнанні. Тепер є експериментальна основа, щоб рухатися від тестування окремих компонентів до складніших мережевих структур.
Звіт також вказує на ширшу тенденцію в китайських дослідженнях квантових технологій: дедалі більше уваги приділяється перевірці складних квантових функцій на реальних машинах, паралельно з роботою над покращенням окремих технічних параметрів.
Серед потенційних переваг такого підходу називають зниження обчислювальних витрат, підвищення ефективності та тіснішу інтеграцію між квантовими чипами й схемотехнікою. Ці можливості виходять за рамки конкретних чисел ефективності та вірності, отриманих у нинішніх тестах.
Наразі ж ключовим досягненням залишається продемонстрована когерентна система квантової маршрутизації, перевірена як на окремих маршрутизаторах, так і на дворівневій мережі на платформі Origin Wukong.