Магнітна вуздечка: вчені знайшли спосіб керувати надпотужними квантовими комп'ютерами

Вчені придумали технологію, яка дозволить керувати мільйонами кубітів в квантових комп'ютерах. Дослідження опубліковане в журналі Science Advances.

Через крихкий стан системи, фізики не можуть одночасно контролювати більше кількох сотень квантових частинок (кубітів), тоді як для складних обчислень потрібні мільйони. Дослідники з Університету Нового Південного Уельсу стверджують, що знайшли вихід за допомогою магнітного поля. Це відкриття може виявитися вирішальним кроком, якого людству не вистачало для створення повномасштабного квантового комп'ютера.

Закони фізики, які роблять квантові комп'ютери такими потужними, одночасно представляють величезну проблему для інженерів. Субатомні частинки, кубіти, знаходяться в стані суперпозиції, що дозволяє їм одночасно мати два взаємовиключних властивості. Вчені використовують цю особливість, щоб представити одиниці і нулі, що становлять основу інформаційної частки — бита. Кубіти ж можуть бути одночасно і нулем, і одиницею, що значно прискорює процес обчислення.

Квантові комп'ютери, "заряджені" кубитами, можуть швидко виконувати складні операції, на які класичним суперкомп'ютерів будуть потрібні роки. Проблема полягає в тому, що при взаємодії з навколишнім середовищем частинки можуть втратити свою суперпозицію. Це робить контроль над кубітами неймовірно складним завданням, найефективніший спосіб — підтримувати температуру якомога ближчою до абсолютного нуля, щоб вони залишалися нерухомими.

Зазвичай інформацію в кубітах шифрували за допомогою мікрохвильових магнітних полів, пропускаючи струм через дроти всередині системи. Щоб додати більше кубітів, квантовому комп'ютеру потрібно більше дротів, які виділяють тепло і можуть легко зруйнувати суперпозицію. Австралійські вчені вирішили повністю позбутися від дротів і створювати магнітні поля за допомогою квантового чіпа з кристалічною призмою, яка називається діелектричним резонатором — вона і стане тією вуздечкою, що утримуватиме частки в правильному положенні.

"Таким чином, в принципі, ми могли б надати поля управління для чотирьох мільйонів кубітів", — заявив доктор Джаррід Пла.

Ще одна проблема полягає в тому, що квантовий комп'ютер може надати безліч результатів, але при отриманні навіть одного з них виділяє величезну кількість згубного тепла. Вченим необхідно розробити алгоритм, який буде проявляти потрібний відповідь на задану задачу, зберігаючи суперпозицію.

"Ось чому квантовий комп'ютер може вибирати завдання швидше (наприклад, факторизація великих складових простих чисел, пошук в несортованих базах даних і т. д), тому ж складно розробити настільки складні алгоритми — хоча люди стають краще і в цьому, і багато чому іншому", — зазначив доктор пла в коментарі TechRadar.

Раніше писали, що інженери вперше "схрестили" квантовий комп'ютер з оптоволокном. Така конструкція дозволить управляти тисячами кубітів при кімнатній температурі. До того ж, вона сумісна з оптоволоконним Інтернетом.