Исследователи из Сиракузского университета в сотрудничестве с работниками Висконсинского университета в Мадисоне разработали новую технику для вычисления состояния квантовых битов — кубитов — в квантовом компьютере.

Группа под руководством Бриттона Плурде, профессора физики Сиракузского колледжа искусств и наук, специализируется на создании сверхпроводящих приборов и проведении вычислений на низких температурах. Ученые описали работу в статье, опубликованной в журнале Science, где расписаны их экспериментальные попытки, связанные с созданием такой техники.

В основном их работа связана с кубитами — системами, следующими странным законам квантовой механики. Эти законы позволяют кубитам существовать в суперпозиции двух состояний (0 и 1), в отличие от цифровых битов в традиционных компьютерах, существующих только в одном состоянии.

Плурде утверждает, что суперпозиция, совмещенная с запутанностью (еще одним парадоксальным аспектом квантовой механики), приводит к возможности существования квантовых алгоритмов со множеством применений.

Экспериментальная установка / © Syracuse University

«Эти алгоритмы могут работать с определенными задачами, которые невозможно решить на самых мощных современных суперкомпьютерах, — объясняет он. — Квантовая обработка информации может потенциально повлиять на такие сферы, как разработка фармацевтических препаратов, материаловедение и криптография».

Недавно команды Google и IBM создали квантовые процессоры примерно с 50 кубитами. Эти кубиты состоят из сверхпроводящих микроволновых схем, охлажденных почти до абсолютного нуля. Создание квантового компьютера, достаточно мощного для решения важных проблем, требует по крайней мере нескольких сотен кубитов, а скорее всего, и того больше.

Для измерения кубитов сегодня используют малошумные криогенные усилители и мощное микроволновое оборудование, а также электронику комнатной температуры, которые сложно увеличить до более крупных кубитных массивов. Подход, описанный в Science, иной.

«Мы сосредоточились на регистрации микроволновых фотонов, — говорит Плурде. — Наш подход устраняет необходимость в криогенном усилителе, и его можно расширить — вполне прямолинейно — вплоть до полного устранения большей части оборудования комнатной температуры». 

Плурде утверждает, что техника, разработанная в сотрудничестве с Висконсинским университетом в Мадисоне, способна помочь разработать квантовые процессоры с миллионами кубитов.