Инновационная квантовая плата преодолевает значительное препятствие в области

Квантовые физики из Университета Копенгагена сделали значительный шаг вперед в области квантовых технологий, преодолев значительное препятствие. Команда одновременно управляла несколькими спин-квантовыми битами на одной квантовой плате, что поможет создать суперкомпьютеры.

Одним из основных препятствий на пути к созданию большого функционального квантового компьютера является управление множеством основных устройств памяти, или квантовых битов, одновременно. Когда один квантовый бит управляется, обычно возникает негативное воздействие от одновременного управления другими.

Команда, преодолевшая это препятствие, включала в себя двух квантовых физиков из Института Нильса Бора Университета Копенгагена – аспиранта и постдока Фредерико Феделе и ассистента профессора Анасуа Чаттерджи. Двое работали в группе ассоциированного профессора Фердинанда Кюммета.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review X Quantum.

Новый подход с спин-квантовыми битами

В то время как компании như Google (GOOGL ) и IBM сосредоточились на технологии сверхпроводников для квантовых процессоров, исследовательская группа больше занимается полупроводниковыми квантовыми битами, или спин-квантовыми битами.

“В широком смысле, они состоят из спиновых состояний электронов, запертых в полупроводниковых наноструктурах, называемых квантовыми точками, так что отдельные спиновые состояния могут быть управляемыми и запутанными друг с другом”, – говорит Феделе.

Спин-квантовые биты могут сохранять свои квантовые состояния в течение долгого времени, что потенциально позволяет им выполнять более быстрые и точные вычисления, чем другие типы платформ. Из-за их крошечного размера на одной плате может поместиться гораздо больше квантовых битов, чем на других платформах. Это важно, учитывая тот факт, что более квантовых битов означает большую мощность компьютера.

Исследовательская команда смогла создать и управлять четырьмя квантовыми битами в матрице 2х2 на одной плате.

Связь квантовых битов

По словам Анасуа Чаттерджи, одной из наиболее важных целей является связь квантовых битов друг с другом.

“Теперь, когда у нас есть довольно хорошие квантовые биты, цель состоит в том, чтобы соединить их в цепях, которые могут работать с множеством квантовых битов, а также быть достаточно сложными, чтобы исправлять ошибки квантовых вычислений”, – говорит Чаттерджи. “До сих пор исследования спин-квантовых битов достигли точки, где цепи содержат матрицы 2х2 или 3х3 квантовых битов. Проблема заключается в том, что их квантовые биты обрабатываются только по одному.”

Квантовая цепь, разработанная командой, изготовлена из полупроводникового вещества галлия арсенита, и она не больше размера бактерии.

Чаттерджи является одним из двух ведущих авторов исследования.

“Новое и действительно значительное в нашей плате заключается в том, что мы можем одновременно управлять и измерять все квантовые биты. Это никогда не было продемонстрировано ранее со спин-квантовыми битами – ни с многими другими типами квантовых битов”, – говорит Чаттерджи.

Для выполнения квантовых вычислений важно управлять и измерять одновременно. Квантовые биты очень чувствительны, и когда они измеряются по одному, даже небольшой фоновый шум может изменить квантовую информацию в системе.

“Чтобы получить более мощные квантовые процессоры, нам нужно не только увеличить количество квантовых битов, но и количество одновременных операций, что именно то, что мы сделали”, – говорит профессор Кюммет.

Другой значительной проблемой является то, что 48 управляющих электродов платы должны быть настроены вручную, и они должны постоянно поддерживаться в настроенном состоянии. Это трудоемкая задача для людей, поэтому команда сейчас ищет способ использовать оптимизационные алгоритмы и машинное обучение для автоматизации процесса.