Ученые разработали метод удешевления и упрощения использования квантовых компьютеров

Новости МирТесен

Используя ионные ловушки, исследователи из США и Великобритании разработали способ управления кубитами, который не требует лазерного излучения. При этом достигнута точность, сопоставимая с традиционными лазерными технологиями, а скорость обработки информации увеличена приблизительно в четыре раза.

В рамках исследования ученые использовали архитектуру квантового компьютера, где основой является система, состоящая из заряженных частиц – ионов, удерживаемых электромагнитными полями. В подобной структуре кубиты, представляющие собой квантовые биты информации, реализуются посредством стабильных электронных состояний каждого иона. Для того чтобы квантовый компьютер был полезен на практике, необходимо обеспечить возможность квантового запутывания – то есть установления взаимосвязи между несколькими кубитами. Традиционно для достижения этой цели применяют лазерные технологии.

В ходе нового исследования было продемонстрировано, что использование лазера не является обязательным условием, если для воздействия на квантовые состояния кубитов использовать магнитные поля определенной конфигурации. Предложенная методика основана на применении осциллирующего градиента радиочастотного магнитного поля в комбинации с микроволновыми магнитными полями – то есть суммарном воздействии полей различных частотных диапазонов.

Использование магнитных полей для управления кубитами представляется более экономичным и удобным решением по сравнению с лазерными технологиями, однако ранее этот подход был менее надежен. В новой работе авторы продемонстрировали, что их метод позволяет достичь уровня достоверности не менее 68% при создании квантовой запутанности двух кубитов, что сопоставимо с результатами, полученными с помощью лазерных методов.

Применение микроволновых технологий для управления лазерами открывает перспективы повышения масштабируемости ионных квантовых компьютеров: разработанный метод позволяет одновременно осуществлять квантовую запутанность различных пар ионов, не увеличивая при этом сложность системы, что является важным шагом в создании крупномасштабных квантовых процессоров данного типа. Кроме того, авторы исследования продемонстрировали устойчивость их подхода к декогеренции – явлению потери информации.

По мнению авторов работы, их технология, использующая слабое освещение, подаваемое через фотонику, интегрированную в ионную ловушку, и встроенные детекторы для считывания кубитов, позволит создавать высокоточные квантовые компьютеры, полностью интегрированные в чип.

В статье содержится более детальное описание нового подхода, опубликованной в журнале Nature.