Дослідники з Інституту Пола Шеррера (PSI) розробили спосіб, як можна створювати швидші й точніші квантові біти – кубіти. Дослідники продемонстрували, як їх можна активувати, заплутувати, використовувати в якості бітів пам’яті й зчитувати. Тепер вони опублікували свою концепцію дизайну нового квантового комп’ютера і допоміжні розрахунки в журналі PRX Quantum.
Центральні елементи нового типу квантового комп’ютера – магнітні атоми з класу так званих рідкоземельних металів, які вибірково імплантуються в кристалічну решітку матеріалу. Кожен з цих атомів являє собою один кубіт.
На шляху до квантових комп’ютерів початковою вимогою є створення так званих квантових бітів або кубітів – бітів пам’яті, які можуть, на відміну від класичних бітів, приймати не тільки двійкові значення нуля і одиниці, але також будь-яку довільну комбінацію.
«Завдяки цьому стає можливим абсолютно новий вид обчислень і обробки даних, що для конкретних додатків означає величезне прискорення обчислювальної потужності», – твердить дослідник PSI Мануель Грімм.
Фізики описують, як логічні біти і основні комп’ютерні операції з ними можуть бути реалізовані в магнітному твердому тілі: кубіти будуть розташовуватися на окремих атомах з класу рідкоземельних елементів, вбудованих в кристалічну решітку основного матеріалу.
На основі законів квантової фізики дослідники підрахували, що ядерний спін рідкоземельних атомів буде придатний для використання в якості носія інформації, тобто кубітів. Вони також припускають, що прицільні лазерні імпульси можуть миттєво передавати інформацію електронам атома і, таким чином, активувати кубіти, в результаті чого їх інформація стає видимою для оточуючих атомів.
Два таких активованих кубіти взаємодіють один з одним і, таким чином, можуть бути «заплутані». Заплутаність – це особлива властивість квантових систем з декількох частинок або кубітів, які важливі для квантових комп’ютерів: результат вимірювання одного кубіта безпосередньо залежить від результатів вимірювання інших кубітів, і навпаки.
Дослідники демонструють, як ці кубіти можуть бути використані для створення логічних вентилів, в першу чергу керованих вентилів зі значенням «НЕ» (вентилів CNOT). Логічні вентилі – це основні будівельні блоки, які класичні комп’ютери також використовують для виконання обчислень. Якщо об’єднати досить багато таких вентилів CNOT, а також достатню кількість однокубітних вентилів, будь-яка обчислювальна операція стає можливою. Таким чином, вони складають основу квантових комп’ютерів.
Це не вперше, коли вчені пропонують використовувати квантові логічні вентилі. Однак цей метод активації і заплутування кубітів має вирішальну перевагу в порівнянні з попередніми порівнянними пропозиціями: він працює як мінімум в десять разів швидше.
Ще одна перевага полягає не тільки в швидкості, з якою квантовий комп’ютер, заснований на цій концепції, може робити обчислення, а перш за все, це стосується схильності системи помилок.
Кубіти не надто стабільні. Якщо процеси заплутування йдуть занадто повільно, існує велика ймовірність того, що деякі з кубітів тим часом втратять свою інформацію. По суті дослідники PSI виявили спосіб створення квантового комп’ютера не тільки як мінімум в десять разів швидше, ніж схожі системи, але і менш схильний до помилок в тому ж самому факторі.
Натхнення: hightech.fm