Учёные из Гарварда создают первый программируемый логический квантовый процессор

Команда под руководством профессора Михаила Лукина и содиректора Гарвардской квантовой инициативы Бет Фридман создала первый программируемый логический квантовый процессор, способный кодировать до 48 логических кубитов, что является значительным улучшением по сравнению с предыдущими попытками. Эта сверхвысокоскоростная технология позволит добиться революционных достижений в различных областях, включая медицину, науку и финансы.

Работа, опубликованная в журнале Nature, представляет первую систему крупномасштабного выполнения алгоритмов на квантовом компьютере с коррекцией ошибок.

Лукин описал это достижение как возможный переломный момент, аналогичный первым дням в области искусственного интеллекта: идеи квантовой коррекции ошибок и отказоустойчивости, давно выдвигавшиеся в теории, начинают приносить плоды.

«Я думаю, это один из моментов, когда становится ясно, что грядет что-то особенное», — сказал Лукин. — «Хотя впереди еще есть проблемы, мы ожидаем, что это новое достижение значительно ускорит прогресс в создании крупномасштабных и полезных квантовых компьютеров».

Квантовые биты (кубиты) по своей природе нестабильны и склонны выходить из своих квантовых состояний, что создаёт ошибки в вычислениях, и преодолеть это простым накоплением большого количества кубитов достаточно сложно. Решение проблемы заключалось в создании логических кубитов в качестве управляемых единиц — таких как классические биты. Было очевидно, что до тех пор, пока квантовые компьютеры не смогут надежно работать на логических кубитах, технология не сможет по-настоящему развиваться. На сегодняшний день лучшие вычислительные системы продемонстрировали наличие двух логических кубитови и одну операцию квантового вентиля  между ними.

Прорыв гарвардской команды основан на нескольких годах работы над архитектурой квантовых вычислений, известной как массив нейтральных атомов, впервые разработанной в лаборатории Лукина. В настоящее время его коммерциализирует компания QuEra, которая недавно заключила лицензионное соглашение с Управлением технологических разработок Гарварда на портфель патентов, основанный на инновациях, разработанных группой Лукина.

Ключевым компонентом системы является блок ультрахолодных взвешенных атомов рубидия, в котором атомы (физические кубиты системы) могут перемещаться и соединяться в пары (или «запутываться») в середине вычислений. Запутанные пары атомов образуют ворота, являющиеся единицами вычислительной мощности. Ранее команда продемонстрировала низкий уровень ошибок в своих операциях по запутыванию, доказав надежность своей системы массивов нейтральных атомов.

С помощью своего логического квантового процессора исследователи продемонстрировали параллельное мультиплексное управление целым набором логических кубитов с помощью лазеров. Этот результат более эффективен и масштабируем, чем необходимость контролировать отдельные физические кубиты.

Команда продолжит работу над демонстрацией большего количества типов операций над 48 логическими кубитами и настройкой системы для непрерывной работы, а не для ручной циклической работы, как это происходит сейчас.

На рисунке: Отдельные физические кубиты, такие как атомы рубидия, хрупкие и легко повреждаются при взаимодействии с окружающей средой. Чтобы свести к минимуму ошибки, исследователи связывают атомы вместе, образуя единый «логический кубит», который можно объединить с другими логическими кубитами в отказоустойчивую квантовую схему.

Источник