Лабораторные устройства, на которых сегодня демонстрируют работу несложных квантовых алгоритмов, как правило, жёстко специализированы для выполнения только определённой программы. Создание квантового компьютера общего назначения невозможно без правильного выбора физической системы и пакета программных инструментов. Одной из самых перспективных платформ, удовлетворяющих этим потребностям, сегодня считают атомные ионы в полевых ловушках.

В статье Nature от 4 августа представлен первый полностью программируемый и конфигурируемый модуль квантового компьютера. Он содержит пять ионных кубитов и может соединяться с себе подобными устройствами (отсюда и название — модуль).

В конструкции этого модуля аккумулированы десятилетия исследований методов захвата и контроля ионов, а также абсолютно новые техники измерения и управления. Так, для одновременного манипулирования многими ионами применяется массив фокусированных лазерных лучей, а свечение каждого иона регистрируется по выделенным каналам.

Авторы, сотрудники Мэрилендского университета, тестировали своё устройство на небольших частных примерах трёх задач, легко решаемых квантовыми методами. В двух случаях доля успешных прогонов превысила 90%. Для последнего, самого сложного алгоритма, Квантового Преобразования Фурье, результат оказался несколько хуже (70%) из-за накопления систематических ошибок, что, по мнению авторов, не является принципиальной трудностью.

«Соединяя напрямую любую пару кубитов мы можем перенастроить конфигурацию системы на любом алгоритм, — заявил аспирант Объединённого Квантового Института (JQI) и первый автор статьи, Шантану Дебназ (Shantanu Debnath). — Хотя в ней всего пять кубитов, мы знаем как распространить ту же методику на гораздо большее их количество».

Команда рассчитывает создать на базе своего устройства 100-кубитный компьютер путем ввода в него дополнительных ионов или же связывая отдельные модули фотонными соединениями. На такой системе они планируют продемонстрировать работу программ квантовой коррекции ошибок в рамках проекта, финансируемого Агенством передовых исследований в сфере разведки (Intelligence Advanced Research Projects Activity, IARPA).