Ионы, пойманные в ловушке, заставили взаимодействовать

Архитектура, состоящая из кубитов на ионных ловушках.

В ходе виртуальной конференции Оптического общества Америки, которая состоялась в сентябре этого года, сотрудники университетов Дьюка в г. Дареме и Мэрилендского в г. Колледж-парк рассказали о первом сверхохлажденном квантовом компьютере. Охлаждение до 4 градусов Кельвина (примерно 269 градусов ниже нуля по Цельсию) и использование глубокого вакуума потребовалось для надежного удержания в особых ловушках ионов, связанных друг с другом. Это позволяет проводить расчеты, используя когерентный луч лазера.

Когерентность по-латыни означает мерную поступь когорты римского легиона. Отцы-основатели квантовой физики стали так называть «единство» характеристик объектов своего изучения. Создатели мазеров и лазеров стали употреблять этот термин, подразумевая «родство» частот и энергий микроволновых и световых квантов. Этим лазер отличается от обычной лампы накаливания, чьи частоты и длины волн фотонов весьма отличаются друг от друга. Когерентность подразумевает также наложение (суперпозицию) свойств квантовых объектов.

Ученые давно мечтают создать надежно работающий квантовый компьютер с достаточно большим числом кубитов, значения которых могут обретать бесчисленное число уровней, по сравнению с привычными битами, у которых есть только два возможных значения – 0 и 1. Проблема, однако, заключается в том, что суперпозиция квантовых свойств чуть ли не мгновенно нарушается в силу хаотичных физических воздействий среды: тепловых колебаний и естественных вибраций. Насколько это существенные факторы, говорит, например, тот факт, что появление компьютеров, с помощью которых стало возможно гасить вибрации, привело к созданию таких мощных и эффективных физических приборов, как сканирующий туннельный микроскоп и микроскоп атомной силы (STM и AFM).

Суперпозиция – наложение свойств отдельных ионных ловушек.  Иллюстрации Physorg

И вот в университете Дьюка помимо глубокого охлаждения сумели резко повысить глубину вакуума. Это сократило вероятность нарушения когерентности 32 кубитов в результате нежелательных столкновений ионов с остаточными атомами и другими ионами. Таким образом, команда Дьюка достигла явного прогресса по сравнению с другими коллективами на пути, по которому, возможно, пойдут и другие разработчики.

Считается, например, что компания IBM давно уже использует квантовый компьютер чуть ли не на 50 кубитах, но те представляют еще весьма «древнюю» технологию. По сравнению с ними ионные ловушки видятся намного прогрессивнее и надежнее, к тому же их использование – по крайней мере сегодня – позволяет быстро и уверенно наращивать контуры будущей компьютерной архитектуры. А дальше пойдет по нарастающей. Вспомним хотя бы первый транзистор, размер которого был сопоставим с ногтем мизинца. Сегодня на этой площади умещаются миллиарды транзисторов.