21 февраля на семинаре по квантовой информатике в Физико-технологическом институте (ФТИАН) А.А.Кокин сделал обзор современных экспериментальных достижений в области квантовых компьютеров. По-прежнему большие надежды связывают с использованием сверхпроводниковых структур как макроскопических квантовых объектов. Изготовление таких структур не требует экстремальных технологических размеров. Однако особое внимание в докладе было уделено сравнительно новому направлению: квантовым компьютерам на ионах в ловушках.

Электроды, которые позволяют удерживать ионы электрическим полем, могут быть сформированы с помощью обычной микронной технологии осаждения металлов на подложку. В высоком вакууме ион оказывается подвешенным над таким чипом на высоте примерно 50 мкм. Единственный мыслимый источник декогерентизации – это флуктуации напряжения на электродах.

В настоящее время уже удается захватывать ионы и транспортировать их в ловушку, где они выстраиваются в цепочку благодаря кулоновскому отталкиванию. Взаимодействуют они через колебания этой цепочки, причем можно устроить взаимодействие даже удаленных ионов. Управление состоянием кубита, т.е. обеспечение перехода электрона на возбужденный уровень, производится с помощью лазера, который может быть нацелен в соответствующий ион. По теоретическим оценкам этот тип квантового компьютера является исключительным рекордсменом по количеству логических операций, которые можно выполнить за время декогерентизации.

По мнению докладчика и председателя семинара академика К.А.Валиева следует обращать особое внимание на конструкции, которые хотя бы в момент рождения представляются идеальными. Опыт показывает, что у многих типов квантовых компьютеров врожденные «технологические» или «физические» недостатки так и не позволяют добиться от них толку, кроме фокусов с несколькими кубитами. Итак, в настоящий момент можно ожидать прорыва на ионах в ловушках.

Очень важно отметить, что изготовление таких структур доступно многим исследовательским центрам в России, в частности во ФТИАН, где уже предпринимаются первые попытки. Насторожило слушателей только одно обстоятельство в докладе. Моделирование системы из 10 ионов уже выявляет признаки неустойчивости. Так что может сложиться ситуация, как в управляемом термоядерном синтезе, где плазменные неустойчивости до сих пор не позволяют к нему приблизиться. Однако будем надеяться на лучшую долю квантовых компьютеров.

А теперь все-таки о прогнозе. А.А.Кокин попытался сделать его, основываясь на законе Мура, который гласит, что удвоение количества элементов микросхемы происходит каждые два года. Этот закон соблюдается в микроэлектронике на протяжении многих десятилетий. Если взять за начало отсчета компьютер на ионах в ловушках с двумя кубитами, который был представлен в 2006 г., то 100 кубитов следует ожидать в 2014 г., а 1000 кубитов – в 2020-ом. Такой компьютер уже бы позволил решать практически важные задачи.

К.А.Валиев высказал другой принцип прогнозирования [1]. Развитие техники показывает, что от момента изобретения до момента широкого использования проходит 50 лет. Если начальным моментом считать год публикации статьи Р.Фейнмана (1984), то полномасштабный квантовый компьютер должен появиться только в 2034 г. Посмотрим, кто окажется прав. Однако оба представленных прогноза предполагают интенсивную работу и достаточное финансирование.

Автор – В. Вьюрков

• 1. К.Валиев. Русский репортер, № 6, с.64 (2008)