Исследователи на пути к созданию мощного и практичного квантового компьютера

Впервые исследователи разработали полностью соединенный 32-кубитный регистр квантового компьютера с захваченными ионами, работающий при криогенных температурах. Новая система представляет собой важный шаг на пути к разработке практических квантовых компьютеров.

Джунки Ким из Университета Дьюка (Duke University) представит новый дизайн оборудования на первой конференции OSA Quantum 2.0, которая будет проходить совместно с OSA Frontiers in Optics and Laser Science APS/DLS (FiO + LS) с 14 по 17 сентября.

Масштабирование квантовых компьютеров

Вместо использования традиционных компьютерных битов, которые могут быть только нулями или единицами, квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут находиться в суперпозиции вычислительных состояний. Это позволяет квантовым компьютерам решать задачи, которые слишком сложны для традиционных компьютеров.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

вантовые компьютеры с ионными ловушками являются одним из наиболее перспективных типов технологии для квантовых вычислений, но создать такие компьютеры с достаточным количеством кубитов для практического использования было непросто.

"В сотрудничестве с Университетом Мэриленда мы спроектировали и создали несколько поколений полностью программируемых квантовых компьютеров с ионными ловушками", - сказал Ким. "Эта система - новейшая разработка, в которой многие проблемы, ведущие к долгосрочной надежности, решаются в лоб".

Компьютеры с ионным квантовым оборудованием охлаждают ионы до чрезвычайно низких температур, что позволяет подвешивать их в электромагнитном поле в сверхвысоком вакууме, а затем манипулировать точными лазерами, чтобы сформировать кубиты.

До сих пор достижению высокой вычислительной производительности в крупномасштабных системах ионных ловушек мешали столкновения с фоновыми молекулами, нарушающими ионную цепь, нестабильность лазерных лучей, движущих видимые ионом логические волны, и шум электрического поля от электродов-ловушек, перемешивающих движение иона, часто используемого для создания путаницы.

В новой работе Ким и его коллеги решили эти проблемы, внедрив принципиально новые подходы. Ионы улавливаются в локализованном сверхвысоком вакуумном корпусе внутри замкнутого криостата, охлажденного до температуры 4K, с минимальными вибрациями. Такое расположение устраняет нарушение цепи кубитов, возникающее при столкновении с остаточными молекулами из окружающей среды, и сильно подавляет аномальный нагрев на поверхности ловушки.

Для достижения чистого профиля лазерного луча и минимизации ошибок исследователи использовали фотонное кристаллическое волокно для соединения различных частей рамановской оптической системы, приводящей в движение кубит-волны - строительные блоки квантовых цепей. Кроме того, хрупкие лазерные системы, необходимые для работы квантовых компьютеров, спроектированы таким образом, что их можно снять с оптического стола и установить в приборные штативы. Затем лазерные лучи поступают в систему в одновидовом оптическом волокне. В них использованы новые способы проектирования и реализации оптических систем, принципиально исключающие механические и тепловые неустойчивости, для создания готовой лазерной установки "под ключ" для улавливания ионных квантовых компьютеров.

Исследователи продемонстрировали, что система способна автоматически загружать цепочки ионного кубита по требованию и выполнять простые манипуляции с кубитами с использованием микроволнового поля. Команда добивается значительного прогресса в реализации спутанных систем, способных масштабировать до полных 32 кубитов.

В дальнейшей работе, в сотрудничестве с учеными-вычислителями и исследователями квантовых алгоритмов, команда планирует интегрировать программное обеспечение, специфическое для аппаратного обеспечения, с ионным квантовым вычислительным оборудованием. Полностью интегрированная система, состоящая из полностью связанных между собой улавливаемых ионных кубитов и программного обеспечения, специфичного для аппаратных средств, заложит основу для практических квантовых компьютеров, улавливаемых ионами. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet