Очередной крупный прорыв в создании сверхбыстрых квантовых компьютеров
Два кубических квантовых вентиля являются простейшим элементом квантового компьютера: между двумя кубами может быть сгенерировано квантовое нарушение. К сожалению, суперпозиция кубитов очень чувствительна к перекосам. Чтобы обойти эту проблему, ученые пытаются создать все более быстрые квантовые вентили. Группа экспертов из Института молекулярной науки в Окадзаки, Япония, только что побила новый рекорд в этой области благодаря новой методике.
Квантовые компьютеры используют квантовые свойства материи для выполнения операций над данными, включая концепцию суперпозиции состояний. Кубик, первичная единица информации, одновременно находится в нескольких состояниях. Это строго отличает его от обычных битов, используемых в вычислениях, которые могут иметь значение 0 или 1. Эта суперпозиция особенно чувствительна к окружающей среде. Она может быть быстро разрушена, а малейшее взаимодействие может привести к изменению условий и, следовательно, к ошибкам в вычислениях.
Чтобы ограничить эти последствия, одним из решений является ускорение квантового клапана. Наблюдаемые в ходе эксперимента значения исчисляются микросекундами. Таким образом, квантовый клапан теоретически «блокирует» ошибочный шум и работает быстрее, чем успевает завершиться вычисление. По этой причине физик Хелай Чу и его коллеги создали большой атомный квантовый клапан, известный как атом Рейдберга.
Самые быстрые в мире двухкбитовые вентили
Атом Рейдберга с его гигантскими электронными орбиталями демонстрирует взаимодействие дипольного типа и достигает гигабатного диапазона на расстояниях в один микрометр, что делает его главным кандидатом для выполнения квантовых операций с пролетающими величинами фильтрации. «Такое сильное взаимодействие между двумя отдельными атомами никогда ранее не использовалось, — заявляют исследователи, — из-за строгих требований к изменению положения атомов и необходимых сил возбуждения».
Читайте также: Программируемый квантовый компьютер на основе нейтральных атомов
Группа исследователей из различных университетов США и Великобритании опубликовала многообещающее предварительное исследование. Речь идет о возможности..
Кубики, использованные в этом эксперименте, представляют собой атомы рубидиана в газообразном состоянии. Исследователи охладили их почти до абсолютного нуля (чтобы обездвижить) и разместили на очень точном расстоянии (порядка микрометров) друг от друга с помощью голографического оптического пинцета. Затем они использовали ультракороткие (10 пикосекунд) лазерные импульсы для одновременного возбуждения этих близлежащих пар атомов в состояние, подобное состоянию Ридберга.
Когда атом облучается лазерным импульсом, два электрона соответственно облучаются на самую маленькую орбиталь двух соседних атомов (5P означает 5P, ближайшую к ядру (здесь показаны атом 1 и атом 2) и гигантскую электронную орбиталь (43d ридберговская орбиталь). Электронное состояние 5P находится в состоянии «0», а электронное состояние 43d — в состоянии «1». состояние. Атомы 1 и 2 были приготовлены в форме кубов 1 и 2 соответственно. Взаимодействие между этими гигантскими атомами приводит к двустороннему обмену орбитальной геометрией и электронной энергией в течение 6,5 наносекунд.
Таким образом, исследователи успешно создали двухкубитные ворота, известные как «Z-ворота» (или CZ-ворота). Это квантовая суперпозиция первого кубита со вторым кубитом в состоянии (0 или 1). Этот тип затвора обычно легко разрушается внешним шумом, особенно шумом, присущим работающему лазеру. Однако теперь исследователи побили рекорд скорости. Их квантовый затвор был запущен всего за 6,5 наносекунд. Это более чем на два порядка быстрее, чем шум окружающей среды, поэтому, по словам команды, его влияние незначительно.
Предыдущий мировой рекорд составлял 15 наносекунд, которого Google AI достиг в 2020 году с помощью сверхпроводящей цепи, говорится в заявлении команды.
Атомы являются естественными квантовыми системами, что означает, что они могут легко хранить кубиты. В массивах холодных атомов, каждый из которых хорошо изолирован от окружающей среды и независим от других атомов, время когерентности кубита (время, которое длится квантовая суперпозиция) может достигать нескольких секунд (это сверхпроводник или захваченный ион). ).
В результате, платформы на основе холодных атомов являются одним из наиболее перспективных кандидатов на создание аппаратного обеспечения для квантовых вычислений и в настоящее время привлекают внимание промышленности, университетов и правительств по всему миру. Они превосходят некоторые ограничения сверхпроводящих квантовых компьютеров и квантовых компьютеров на ионных ловушках, которые в настоящее время являются самыми передовыми типами квантовых компьютеров. Для дальнейшего совершенствования квантовой архитектуры Чу и его коллеги планируют заменить используемые ими лазеры на более точные.
