Квантовые вычисления становятся более стабильными


В современных компьютерах информация передается в виде битов – базовой единицы измерения, которая может иметь значение нуля или единицы. В мире квантовых вычислений информация передается через кубиты – единицы размером с фотоны или электроны, удерживаемые внутри специальной ловушки. Поскольку кубиты могут быть не только в состоянии нуля или единицы, но еще и в суперпозиции, их использование может значительно увеличить скорость вычислений. Но кубиты, как известно, довольно нестабильны, и заставить их оставаться в каком-то одном состоянии продолжительное время – долго было проблемой. Теперь ученые в Массачусетском технологическом институте (MIT) выяснили, как получить стабильный кубит, остающийся в своем состоянии в сотни раз дольше, что позволит вывести квантовые вычисления на новый уровень.

В начале команда исследователей создала простую двухатомную молекулу из натрия и калия. По словам Мартина Цвирлейна, профессора физики Массачусетского технологического института и главного исследователя в лаборатории электроники, молекулы имеют явное преимущество перед более мелкими частицами, такими как атомы или электроны.

“Молекулы более управляемы чем атомы. Они могут вибрировать, они могут вращаться, а также они могут сильно взаимодействовать друг с другом, что атомы делают с трудом. Чаще всего, чтобы атомы смогли провзаимодействовать, они должны быть буквально друг на друге, в отличие от молекул, которые могут “видеть друг друга” и взаимодействовать на относительно больших расстояниях. Для того чтобы заставить кубиты взаимодействовать друг с другом и выполнять вычисления, использование молекул – гораздо лучшая идея, чем использование атомов.”, пояснил Мартин Цвирлейн.

После того как молекулы были созданы, команда окружила их микроскопическим облаком газа, который затем был пересечен двумя лазерными лучами. Затем молекулы были охлаждены примерно до 300 нанокельвинов, что выше абсолютного нуля всего на несколько десятых миллионных долей градуса. Именно этот шаг определил успех разработки.

Вакуумная камера, в которой проводился эксперимент (Фото: MIT)

Вакуумная камера, в которой проводился эксперимент (Фото: MIT)

Это дало команде контроль над тремя важными характеристиками молекул: вибрацией, вращением и направлением, в которых ядра в каждом из атомов могли вращаться. Более того, команда смогла продемонстрировать, что молекулы при сверхнизкой температуре могут намного дольше сохранять когерентность и состояния кубитов. В данном случае это равнялось только одной секунде, но в удивительном мире квантовых вычислений это является гигантским скачком в стабильности. Логические ворота квантового компьютера за это время могли бы сделать огромное количество вычислений.

С такими достижениями, которые помогут квантовым компьютерам избежать перегрева, создадут квантовый мост для связи нескольких компьютеров вместе, используя машинное обучение для предсказания и предотвращения нестабильности “супер крутой” мир квантовых вычислений мчится к нам быстрее, чем вы можете сказать “кубит.”

Источник: MIT

Фото: scientificcomputing.com