Сразу две исследовательские группы, работающие в лабораториях университета Нового Южного Уэльса, Австралия, обнаружили различные решения критической проблемы, которая долгое время сдерживала создание мощных высококачественных квантовых компьютеров.

Ученые создали два типа квантовых битов или кубитов — компонентов квантовых компьютеров — которые обрабатывают квантовые данные с точностью выше 99%. Результаты опубликованы в издании Nature Nanotechnology.

«Чтобы квантовые компьютеры стали реальностью, нам необходимо управлять битами с низким уровнем ошибок», сообщил профессор Эндрю Джурак

«Теперь мы придумали два параллельных пути для создания кремниевого квантового компьютера, каждый из которых демонстрирует такую точность», добавил доцент Андреа Морелло из школы электротехники и связи университета.

Австралийские ученые первыми в мире продемонстрировали одноатомные спиновые кубиты в кремнии, о чем вышли соответствующие публикации в издании Nature в 2012 и 2013 годах.

И вот теперь исследователи во главе с Джураком обнаружили способ создания искусственного атомного кубита в устройстве, удивительно похожем на кремниевые транзисторы, используемые в потребительской электронике. Постдок Менно Вельдхорст, ведущий автор статьи, комментируя искусственный атомный кубит, замечает, что сделать столь точный кубит, функционально подходящий для привычных устройств, включая ноутбуки и мобильники — поистине удивительно.

Эндрю Джурак

Группа Морелло тем временем достигла границы эффективности одноатомного фосфорного кубита. Доктор Юха Махонен, постдок и ведущий автор статьи о естественном кубите, добавил, что атом фосфора фактически содержит два кубита: электрон и ядро. С ядром удалось достичь точности в 99,99%. Это значит, что на 10000 квантовых операций приходится лишь одна ошибочная.

«Даже с учетом наличия методов исправления ошибок их эффективность гарантирована, лишь если сбои происходят менее чем в 1% случаев. Наши эксперименты среди первых для твердых тел и впервые для кремния добились соответствия данным требованиям», пояснил Джурак.

Высокоточные операции для естественного и для искусственного атомного кубита достигаются путем размещения каждого из них внутрь тонкого слоя специально очищенного кремния, содержащего только изотоп кремний-28. Этот изотоп является полностью антимагнитным и, в отличие от компонентов естественного кремния, не разрушает квантовый бит.

Далее ученым потребуется построить пару очень точных квантовых битов. Большие квантовые компьютеры, как ожидается, будут состоять из многих тысяч или даже миллионов кубитов, и способны будут объединять настоящие и искусственные атомы.

Побит мировой рекорд

Исследовательская группа Морелло также установила мировой рекорд «времени когерентности» для одного квантового бита, пребывающего в твердом состоянии.

„Время когерентности — это мера того, как долго можно хранить квантовую информацию до ее потери“, пояснил Морелло. Чем больше время когерентности, тем проще выполнять долгие последовательности операций, и потому более сложных вычислений.

Ученые сумели сохранять квантовую информацию в ядре фосфора свыше 30 секунд.

«В квантовом мире половина минуты — это вечность. Сохранение квантовой суперпозиции в течение полминуты, и внутри того, что является модифицированной версией обычного транзистора, это то, во что до сих пор никто и поверить не мог», заключила Морелло.