Магнитная уздечка: ученые нашли способ управлять сверхмощными квантовыми компьютерами

Ученые придумали технологию, которая позволит управлять миллионами кубитов в квантовых компьютерах. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Из-за хрупкого состояния системы, физики не могут одновременно контролировать более нескольких сотен квантовых частиц (кубитов), тогда как для сложны вычислений требуются миллионы. Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса утверждают, что нашли выход при помощи магнитного поля. Это открытие может оказаться решающим шагом, которого человечеству не хватало для создания полномасштабного квантового компьютера.

Законы физики, которые делают квантовые компьютеры такими мощными, одновременно представляют огромную проблему для инженеров. Субатомные частицы, кубиты, находятся в состоянии суперпозиции, что позволяет им одновременно иметь два взаимоисключающих свойства. Ученые используют эту особенность, чтобы представить единицы и нули, составляющие основу информационной частицы — бита. Кубиты же могут быть одновременно и нулем, и единицей, что значительно ускоряет процесс вычисления.

Квантовые компьютеры, "заряженные" кубитами, могут быстро выполнять сложные операции, на которые классическим суперкомпьютерам потребуются годы. Проблема заключается в том, что при взаимодействии с окружающей средой частицы могут потерять свою суперпозицию. Это делает контроль над кубитами невероятно сложной задачей, самый эффективный способ — поддерживать температуру как можно ближе к абсолютному нулю, чтобы они оставались неподвижными.

Обычно информацию в кубитах шифровали при помощи микроволновых магнитных полей, пропуская ток через провода внутри системы. Чтобы добавить больше кубитов, квантовому компьютеру требуется больше проводов, которые выделяют тепло и могут легко разрушить суперпозицию. Австралийские ученые решили полностью избавиться от проводов и создавать магнитные поля при помощи квантового чипа с кристаллической призмой, которая называется диэлектрическим резонатором — она и станет той уздечкой, удерживающей частицы в правильном положении.

"Таким образом, в принципе, мы могли бы предоставить поля управления до четырех миллионов кубитов", — заявил доктор Джаррид Пла.

Еще одна проблема заключается в том, что квантовый компьютер может предоставить множество результатов, но при получении даже одного из них выделяет огромное количество губительного тепла. Ученым необходимо разработать алгоритм, который будет проявлять нужный ответ на заданную задачу, сохраняя суперпозицию.

"Вот почему квантовый компьютер может выбирать задачи быстрее (например, факторизация больших составных простых чисел, поиск в несортированных базах данных и т. Д.), потому же сложно разработать столь сложные алгоритмы — хотя люди становятся лучше и в этом, и во многом другом", — отметил доктор пла в комментарии TechRadar.

Ранее писали, что инженеры впервые "скрестили" квантовый компьютер с оптоволокном. Такая конструкция позволит управлять тысячами кубитов при комнатной температуре. Вдобавок, она совместима с оптоволоконным Интернетом.