Физики из Университета Дьюка представят на конференции OSA Quantum 2.0 свою полносвязную систему из 32 кубитов. Она состоит из захваченных в ловушки ионов при сверхнизких температурах.

Квантовые компьютеры вместо обычных битов оперируют кубитами. Кроме традиционных нуля и единицы кубиты могут находиться в суперпозиции этих двух состояний. Это позволяет проводить параллельные вычисления и ускорить работу компьютерных систем в разы.

Одна из наиболее перспективных типов технологий для квантовых вычислений — это компьютеры с кубитами на захваченных ионах. Однако до сих пор создавать такие системы с достаточным для практического использования количеством кубитов было практически невозможно. Но в новом исследовании физики впервые продемонстрировали такую систему с 32 кубитами.

Квантовые компьютеры такого типа основаны на охлаждении ионов до экстремально низких температур. Это позволяет держать заряженные частицы в электромагнитном поле в сверхвысоком вакууме и манипулировать ими с помощью точных лазеров, чтобы сформировать кубиты. До сих пор созданию производительных устройств на основе этой технологии препятствовали столкновения кубитов с примесными молекулами, нестабильность лазерных лучей и «шум» электрического поля от электродов, используемых для создания запутанности.

В своей новой работе ученые решили эти проблемы, использовав совершенно новый подход. Физики «поймали» ионы в сверхвысоком вакууме внутри криостата, охлажденного до 4K. Такие условия исключили возмущение цепи кубитов, возникающее при столкновениях с остаточными молекулами из окружающей среды, и сильно подавило аномальный нагрев поверхности ловушки.

Чтобы добиться чистых профилей лазерного луча и минимизировать ошибки, исследователи использовали фотонно-кристаллическое оптоволокно для соединения различных частей рамановской оптической системы. Эта система управляет квантовыми вентилями — строительными блоками вычислительных схем. Кроме того, исследователи так спроектировали систему лазеров, чтобы их можно было снять с оптического стола и установить в приборных стойках.

Лазерные лучи поступали в систему по одномодовым оптическим волокнам. Эти меры позволили устранить механическую и тепловую нестабильность и создать точную лазерную установку для управления захваченными ионами в квантовых компьютерах. Физики показали, что система способна автоматически выполнять вычисления с кубитами, управляя ими с помощью микроволновых полей. На основе этой технологии ученым удалось создать систему из 32 кубитов.