Группа физиков из Калифорнийского технологического института в Пасадене (штат Калифорния) утверждает, что им удалось успешно разработать самый большой на сегодняшний день квантовый компьютер на основе нейтральных атомов. Система, состоящая из более чем 6 100 кубитов, не только объединяет рекордное количество вычислительных блоков, но и достигает беспрецедентной стабильности кубитов (способность сохранять квантовое состояние в течение длительного времени) для такого масштаба.
Детали проекта публикует портал Decrypt, основываясь на результатах исследования, которые представлены в журнале Nature. Исследователи используют 6 100 отдельных атомов цезия в качестве кубитов, фундаментальных информационных единиц квантового компьютера. Для точного управления этим огромным количеством кубитов они используют технологию под названием «оптический пинцет».

Тщательно сфокусированные лазерные лучи используются для удержания каждого отдельного атома в фиксированном положении в двумерной решётке внутри вакуумной камеры. Для реализации системы команда создала массив из примерно 12 000 таких крошечных световых ловушек.

Однако настоящее научное достижение заключается не только в количестве кубитов. Группе под руководством профессора Калифорнийского технологического института Мануэля Эндреса удалось поддерживать хрупкие квантовые состояния атомов в течение времени когерентности около 13 секунд – почти в десять раз дольше, чем в предыдущих экспериментах подобного типа. При этом точность операций с отдельными кубитами составила 99,98%.

«Теперь мы видим путь к созданию больших квантовых компьютеров с коррекцией ошибок. Строительные блоки уже есть», – поясняет Эндрес в пресс-релизе Калифорнийского технологического института.

Исследователям удалось продемонстрировать, что отдельные атомы можно перемещать внутри массива, не теряя квантового состояния. Такая динамическая реконфигурируемость может значительно упростить будущие архитектуры для критически важной коррекции ошибок.

Прорыв команды Калифорнийского технологического института происходит на фоне глобальной конкуренции. Такие корпорации, как IBM, разрабатывают другие технологические подходы, используя сверхпроводящие схемы. Ранее они заявляли о планах создания компьютера на 100 000 кубитов к 2033 году. 

Путь к практически применимому универсальному квантовому компьютеру остаётся сложной задачей. Новая система всё ещё далека от надёжности классических компьютеров, как объяснил сотрудник Калифорнийского технологического института Эли Батай журналу Decrypt. По его словам, «традиционный компьютер совершает ошибку каждые 10 в 17-й степени (10^-17) операций. Квантовый компьютер далеко не так точен, и мы не рассчитываем достичь этого уровня, используя только аппаратное обеспечение». Таким образом, прогресс, достигнутый в Калифорнийском технологическом институте, — это не конечная цель, а исключительно большой и важный шаг на долгом пути.