Физики из Объединенного Квантового Института (Мэрилендский Университет, США) впервые продемонстрировали пяти-кубитный масштабируемый квантовый компьютер. Устройство можно запрограммировать для выполнения любых традиционных квантовых алгоритмов. С описанием устройства можно ознакомиться в препринте, опубликованном на arXiv.org, кратко о работе сообщает MIT Technology Review.

Кубиты в новом устройстве представляют собой ионы иттербия, захваченные с помощью электромагнитного поля. Управлять регистрами квантового компьютера удается с помощью лазерных импульсов, изменяющих электронное состояние частиц. Как отмечают авторы, ключевой результат работы — новая архитектура компьютера может масштабироваться. Отдельные пятикубитные модули теоретически возможно соединить между собой, однако на практике продемонстрировать этого еще не удалось. Кроме того, можно увеличить количество выстроенных в линию ионов иттербия и увеличить количество кубитов в одном модуле.

Компьютер способен исполнять все виды квантовых логических операций. Для проверки работоспособности авторы запрограммировали компьютер на выполнение нескольких известных алгоритмов, в частности, квантовое преобразование Фурье и алгоритм Дойча — Йожи (способен быстро выяснить, является ли функция постоянной или сбалансированной). 

Схема квантового компьютера. S. Debnath et al. / arXiv.org, 2016

В 1990-х годах ученым удалось создать двух и трех-кубитные схемы и запускать на них квантовые вычисления. Однако дальнейший рост количества кубитов в квантовом компьютере замедлился. С увеличением их числа все труднее становилось удерживать элементы памяти в квантовом состоянии, не допуская декогеренции. 

«Работа несомненно демонстрирует прогресс в работе с ионными кубитами. Потенциал масштабирования звучит красиво, тем не менее существует много систем, которые имеют потенциал масштабирования (например сверхпроводящие кубиты). Сегодняшний вопрос не в том, можно ли сделать масштабируемый квантовый компьютер теоретически, а в том, кто технологически дорос до того, чтобы его сделать» — Курочкин Юрий, руководитель группы квантовых коммуникаций Российского квантового центра

По другому пути пошла канадская компания D-wave, отказавшаяся от традиционной концепции программируемых квантовых компьютеров. Инженерам удалось создать вычислители, работающие по принципу квантового отжига, которые состоят из более чем 1000 кубитов. Такие системы не пригодны для исполнения различных квантовых алгоритмов, но в ряде случаев оказываются гораздо производительнее традиционных компьютеров. Вместе с тем, большинство физиков относятся к деятельности компании со скепсисом.

Автор: Владимир Королёв