Все новости

Физики создали 256-кубитный аналоговый квантовый компьютер

В его основе лежат выстроенные в двумерную решетку ридберговские атомы

ТАСС, 7 июля. Физики создали на основе 256 кубитов аналоговый квантовый компьютер, который может решать сложные научные задачи. Описание разработки опубликовал научный журнал Nature.

"Наши эксперименты показали, что двумерные массивы из холодных атомов – перспективная платформа для программируемых квантовых симуляторов с сотнями кубитов. Мы надеемся, что размеры этой системы, ее точность и управляемость можно будет существенно увеличить", – пишут исследователи.

Существует два подхода к разработке квантовых компьютеров – классический и адиабатический. В первом случае вычислительное устройство по принципу работы походит на обычные цифровые компьютеры. Адиабатический квантовый компьютер создать проще классического, но по принципам работы он ближе к аналоговым вычислителям начала прошлого века, которые предназначались для решения одной конкретной проблемы.

Адиабатический квантовый компьютер, который создали физики под руководством профессора Гарвардского университета Михаила Лукина, лишен этих недостатков. В нем содержится сразу 256 кубитов – квантовых ячеек памяти. В данном случае их роль играют так называемые ридберговские атомы. Это атомы рубидия-87 – щелочного металла, последний электрон которого с помощью импульсов лазерного излучения или радиоволн "отодвинут" на большое расстояние от ядра. Благодаря этому размеры атома увеличиваются примерно в миллион раз.

Подобными квантовыми объектами управлять гораздо проще, чем другими частицами. При этом у них есть еще одно полезное свойство. Они отталкивают друг друга и при этом могут взаимодействовать друг с другом на больших дистанциях. Ранее Лукин и его коллеги уже воспользовались этой особенностью ридберговских атомов для создания универсального 51-кубитного квантового компьютера.

Те же технологии ученые использовали для создания аналогового компьютера на основе нескольких сотен кубитов, принципы работы которого можно гибко менять. Подобный подход позволил физикам провести гораздо более сложные и интересные расчеты и эксперименты, связанные с изучением квантовой механики.

Этот компьютер представляет собой набор из ридберговских атомов, которые выстроены в двумерную решетку. На месте они удерживаются внутри специальной лазерной ловушки. При вычислениях ученые настраивают работу каждого кубита вспышками лазера, после чего позволяют им взаимодействовать друг с другом.

Используя этот подход, Лукин и его коллеги провели несколько экспериментов по изучению квантовых фазовых переходов, а также квантовых флуктуаций частиц и взаимодействий света и материи. С помощью этих расчетов физики проверили некоторые теории, которые описывают эти явления, а также открыли несколько ранее неизвестных состояний материи, потенциально интересных с точки зрения квантовых вычислений.

В ближайшее время физики планируют значительно повысить качество работы их квантового симулятора. Пока этому мешает то, что квантовое состояние кубитов периодически разрушается из-за cлучайных столкновений между ридберговскими атомами и одиночными молекулами газов, которые остаются в вакуумной камере. Если всех их удастся откачать, ученые смогут одновременно увеличить количество кубитов и улучшить качество контроля над их состоянием.