Инновационный квантовый чип преодолевает серьезное препятствие в полевых условиях

Квантовые физики из Копенгагенского университета сделали большой шаг вперед в области квантовых технологий, преодолев серьезное препятствие. Команда одновременно управляла несколькими спиновыми кубитами на одном и том же квантовом чипе, что поможет создать суперкомпьютеры.

Одним из основных препятствий на пути создания большого функционального квантового компьютера является контроль над многими основными устройствами памяти или кубиты, одновременно. Когда один кубит находится под контролем, одновременные управляющие импульсы, подаваемые на другой, обычно оказывают негативное влияние. 

Команда, которая преодолела эту проблему, включала пару квантовых физиков из Института Нильса Бора Копенгагенского университета — аспиранта и постдока Фредерико Феделе и доцента Анасуа Чаттерджи. Эти двое работали в группе доцента Фердинанда Кеммета.

Исследование было опубликовано в журнале Физический обзор X Quantum.

Новый подход с Спиновые кубиты

В то время как такие компании, как Google и IBM, сосредоточились на технологии сверхпроводников для квантовых процессоров, исследовательская группа больше смотрит на полупроводниковые кубиты или вращать кубиты.  

«В широком смысле они состоят из спинов электронов, захваченных полупроводниковыми наноструктурами, называемыми квантовыми точками, так что отдельные спиновые состояния можно контролировать и запутывать друг с другом», — говорит Феделе.

Спиновые кубиты могут сохранять свои квантовые состояния в течение длительного времени, что потенциально позволяет им выполнять более быстрые и точные вычисления, чем другие типы платформ. Из-за их мизерного размера на чипе может поместиться гораздо больше таких кубитов, чем в других подходах с кубитами. Это важно, учитывая тот факт, что чем больше кубитов, тем выше вычислительная мощность компьютера. 

Исследовательская группа смогла изготовить и использовать четыре кубита в массиве 2×2 на одном чипе.

Получение кубитов для общения

По словам Анасуа Чаттерджи, одна из самых важных целей — заставить кубиты общаться друг с другом.

«Теперь, когда у нас есть несколько довольно хороших кубитов, суть игры заключается в том, чтобы соединить их в схемы, которые могут управлять многочисленными кубитами, а также быть достаточно сложными, чтобы иметь возможность исправлять ошибки квантовых вычислений», — говорит Чаттерджи. «На данный момент исследования спиновых кубитов дошли до того, что схемы содержат массивы кубитов 2×2 или 3×3. Проблема в том, что их кубиты работают только с одним за раз».

Квантовая схема, разработанная командой, сделана из полупроводникового вещества арсенида галлия и не больше размера бактерии.

Чатерджи является одним из двух ведущих авторов исследования. 

«Новая и действительно важная особенность нашего чипа заключается в том, что мы можем одновременно работать со всеми кубитами и измерять их. Это никогда раньше не демонстрировалось ни со спиновыми кубитами, ни со многими другими типами кубитов», — говорит Чаттерджи.

Для выполнения квантовых вычислений важно работать и измерять одновременно. Кубиты очень чувствительны, и когда их измеряют один за другим, даже небольшой фоновый шум может изменить квантовую информацию в системе. 

«Чтобы получить более мощные квантовые процессоры, нам нужно не только увеличить количество кубитов, но и количество одновременных операций, что мы и сделали», — говорит профессор Куэммет.

Еще одна серьезная проблема заключается в том, что 48 управляющих электродов чипа необходимо настраивать вручную, и их настройку необходимо постоянно поддерживать. Для людей это трудоемкая задача, поэтому сейчас команда ищет способ использовать алгоритмы оптимизации и машинное обучение для автоматизации процесса.