Понад 100 млн операцій. Учені встановили рекорд "життя" кубітів у квантовому комп'ютері

У США вчені встановили рекорд, зберігши кубіти в робочому стані протягом 5 секунд. Про це досягнення пише портал Phys.org.

Фізики впевнені, що квантові технології дозволять створити надзахищені мережі для передачі зашифрованої інформації або найпотужніші комп'ютери для складних обчислень. У основі лежать кубіти — квантові версії комп'ютерних бітів, у яких зберігається інформація. Одна з головних проблем у тому, щоб продовжити працездатність квантових частинок (зазвичай триває лише частки секунди). Друга складність полягає в зчитуванні зашифрованої інформації.

Співробітники Аргонського національної лабораторії разом із колегами з університету Чикаго наблизилися до вирішення обох проблем. Вони навчилися зчитувати дані з кубіта за бажанням, а потім зберігати квантовий стан понад п'ять секунд – це рекордний час для квантових систем на чипі. Дослідники зробили кубіти з карбіду кремнію, простого матеріалу, що міститься в лампочках, електрокарах і деяких електронних пристроях.

"Збереження квантової інформації в таких людських часових масштабах — рідкість. П'яти секунд достатньо, щоб надіслати сигнал про швидкість світла на Місяць і назад. Це потужно, якщо подумати про передачу інформації від кубіта комусь за допомогою світла. Це світло, як і раніше, буде правильно відображати стан кубіта навіть після того, як він облетить навколо Землі майже в 40 разів – прокладаючи шлях до створення квантового інтернету”, – зазначили вчені.

Насамперед учені розробили технологію читання кубітів із карбіду кремнію. На напів провідникові кубіти зазвичай світять лазером і вимірюють світло, яке вони відбивають. Процедура складна, адже щоразу необхідно фіксувати фотони. Команда за допомогою ретельно підібраних лазерних імпульсів додає один електрон до кубіта в залежності від початкового стану, завдяки цьому сигнал посилився в 10 000 разів.

"Перетворивши наш крихкий квантовий стан на стабільні електронні заряди, ми можемо набагато простіше виміряти наш стан. Завдяки цьому посиленню сигналу ми можемо отримувати надійну відповідь кожного разу, коли перевіряємо, у якому стані перебуває кубіт, під назвою "одноразове зчитування", і з його допомогою ми можемо відкрити безліч корисних квантових технологій", — заявила Єлена Глен із університету Чикаго.

Цей метод одноразового зчитування також дозволив кубітам довше зберігати інформацію. Вони виростили дуже чисті зразки карбіду кремнію, які набагато менше схильні до впливу навколишнього середовища, так званого "фонового шуму", а потім впливали на кубіти мікрохвильовими імпульсами, які змушують частинку швидко перемикатися між квантовими станами, уникаючи помилок через шуми. Чим довше "живе" кубіт, тим складніші обчислення він встигне виконати. Наприклад, за 5 секунд квантовий комп'ютер може виконати понад 100 мільйонів операцій.

"По суті, ми створили перекладач для перетворення квантових станів у царство електронів, які є мовою класичної електроніки, на кшталт того, що перебуває у вашому смартфоні. Ми хочемо створити нове покоління пристроїв, чутливих до одиночних електронів, але також ті, що містять квантові стани. Карбід кремнію може робити і те, й інше", — розповів Кріс Андерсон, співавтор статті з університету Чикаго.

Раніше в Німеччині запустили перший квантовий комп'ютер із більш ніж 5 тис. кубітів. Для їхнього захисту навколо пристрою звели спеціально будівлю, що ізолює фонові шуми.

Писали також, що НАТО має намір вивчати квантові технології для технологічної переваги над конкурентами. До нової програми розвитку увійшли зондування, криптографічне шифрування, нові матеріали квантового масштабу.