Inovatyvus kvantinis lustas įveikia pagrindines kliūtis lauke

Kopenhagos universiteto kvantiniai fizikai padarė didelį šuolį į priekį kvantinių technologijų srityje, įveikdami didelę kliūtį. Komanda vienu metu valdė kelis sukimosi kubitus tame pačiame kvantiniame luste, o tai padės sukurti superkompiuterius.

Viena iš pagrindinių kliūčių norint sukurti didelį funkcionalų kvantinį kompiuterį yra daugelio pagrindinių atminties įrenginių valdymas arba kubitai, tuo pačiu metu. Kai valdomas vienas kubitas, paprastai atsiranda neigiamas vienu metu valdomų impulsų poveikis kitam. 

Šį iššūkį įveikusią komandą sudarė pora kvantinių fizikų iš Kopenhagos universiteto Nielso Bohro instituto – doktorantas ir postdoc Frederico Fedele bei docentė Anasua Chatterjee. Jiedu dirbo docento Ferdinando Kuemmetho grupėje.

Tyrimas buvo paskelbtas žurnale Fizinė apžvalga X Quantum.

Naujas požiūris su Sukite Kubitus

Nors tokios įmonės kaip „Google“ ir IBM daugiausia dėmesio skyrė kvantinių procesorių superlaidininkių technologijoms, tyrimų grupė labiau tiria puslaidininkių kubitus arba sukimosi kubitai.  

„Apskritai kalbant, jie susideda iš elektronų sukinių, įstrigusių puslaidininkinėse nanostruktūrose, vadinamose kvantiniais taškais, todėl atskiras sukimosi būsenas galima valdyti ir susieti viena su kita“, – sako Fedele.

Sukimo kubitai gali išlaikyti savo kvantines būsenas ilgą laiką, todėl jie gali atlikti greitesnius ir tikslesnius skaičiavimus nei kitų tipų platformos. Dėl savo nedidelio dydžio daug daugiau jų telpa į lustą, palyginti su kitais kubito metodais. Tai svarbu, atsižvelgiant į tai, kad daugiau kubitų padidina kompiuterio apdorojimo galią. 

Tyrimo komanda sugebėjo pagaminti ir valdyti keturis kubitus 2 × 2 matricoje viename luste.

Kaip padėti Kubitams bendrauti

Pasak Anasua Chatterjee, vienas iš svarbiausių tikslų yra priversti kubitus bendrauti tarpusavyje.

„Dabar, kai turime keletą gana gerų kubitų, žaidimo pavadinimas jungia juos į grandines, kurios gali valdyti daugybę kubitų, o taip pat yra pakankamai sudėtingos, kad būtų galima ištaisyti kvantinio skaičiavimo klaidas“, - sako Chatterjee. „Iki šiol sukinių kubitų tyrimai pasiekė tašką, kai grandinėse yra 2 × 2 arba 3 × 3 kubitų matricos. Problema ta, kad jų kubitai sprendžiami tik po vieną.

Grupės sukurta kvantinė grandinė yra pagaminta iš puslaidininkinės medžiagos galio arsenido ir yra ne didesnė už bakterijos dydį.

Chaterjee yra vienas iš dviejų pagrindinių tyrimo autorių. 

„Naujas ir tikrai reikšmingas mūsų lusto dalykas yra tai, kad galime vienu metu valdyti ir matuoti visus kubitus. Tai niekada nebuvo įrodyta naudojant sukimosi kubitus – nei su daugeliu kitų rūšių kubitų“, – sako Chatterjee.

Norint atlikti kvantinius skaičiavimus, svarbu veikti ir matuoti vienu metu. Kubitai yra labai jautrūs, o kai jie matuojami po vieną, net nedidelis aplinkos triukšmas gali pakeisti sistemos kvantinę informaciją. 

„Norėdami gauti galingesnius kvantinius procesorius, turime ne tik padidinti kubitų skaičių, bet ir vienu metu atliekamų operacijų skaičių, o tai yra būtent tai, ką mes padarėme“, – sako profesorius Kuemmethas.

Kitas didelis iššūkis yra tai, kad 48 lusto valdymo elektrodai turi būti sureguliuoti rankiniu būdu, ir jie turi būti nuolat derinami. Tai daug laiko reikalaujanti užduotis žmonėms, todėl komanda dabar ieško būdo, kaip naudoti optimizavimo algoritmus ir mašininį mokymąsi procesui automatizuoti.