Науковцям вперше вдалося отримати гібридний кубіт

Науковцям із США і Великобританії вперше вдалося заплутати між собою іони різних ізотопів кальцію та іони берилію і магнію, що відкриває дорогу для створення надточного атомного годинника і універсальних квантових комп'ютерів, йдеться у статті, опублікованій в журналі Nature.

"Гібридні квантові комп'ютери будуть користуватися тими унікальними перевагами, якими сьогодні володіють різні квантові системи. Приміром, кожен тип іона володіє своїми власними властивостями – деякі з них краще годяться для зберігання інформації, а інші краще підходять для передачі інформації", - заявив Тін Тан (Ting Tan) з Національного інституту стандартів і технологій США в Боулдері.

Тан і його колеги створили перший прототип кубітів – елементарних комірок пам'яті і обчислювальних модулів квантового комп'ютера – на базі двох різних іонів, експериментуючи з особливою лазерною системою управління спіном заряджених частинок.

Як виявили науковці, даний лазер, разом з набором мікрохвильових випромінювачів і магнітом, здатний "плутати" і керувати станом спінів не тільки у однакових іонів, але і іонів абсолютно різних речовин, що володіють кардинально різним набором протонів і нейтронів.

Використовуючи цей пристрій, вчені "заплутали" іони магнію (12 протонів і 13 нейтронів) і іони берилію (4 протона і 5 нейтронів), перетворивши їх в перший гібридний кубіт і використавши його для здійснення всіх існуючих логічних операцій.

Робота цього кубіта стала можливою завдяки тому, що фізики із США навчилися підганяти один до одного і стабілізувати фази лазерних променів, за допомогою якого вчені зчитували і записували дані в кожен з іонів кубіта.

Подібні кубіти, як пояснює Тан, вигідно відрізняються від своїх звичайних аналогів тим, що кожен їх елемент "налаштований" на роботу тільки з лазерними імпульсами певного кольору, що дозволяє об'єднувати велику кількість кубітів і працювати з кожним із них, не порушуючи стан його "сусідів". Це дозволить, як сподіваються автори статті, створити у найближчому майбутньому надчутливий атомний годинник і універсальні квантові комп'ютери.

Аналогічних результатів домоглися британські науковці, що опублікували статтю в тому ж номері Nature. Вони змогли "заплутати" не іони різних речовин, а іони різних ізотопів однієї і тієї ж речовини – кальцій-40, кальцій-43. Перша з них краще підходить на роль каналу для передачі квантової інформації, а друга– є основою для найбільш надійних осередків квантової пам'яті.

Попутно вчені перевірили справедливість наріжного каменю квантової механіки, нерівностей Белла, в черговий раз довівши нелокальный і миттєвий характер квантових взаємодій, а також продемонстрували, що подібні лазерні системи здатні досягати 99% точності в управлінні станом кубіта, що необхідно для створення повноцінних обчислювальних пристроїв.

Кубіти

Кубіт є основним функціональним елементом квантових комп'ютерів так само, як біт - звичайних. Назва "квантові" такі обчислювальні машини отримали тому, що для роботи вони використовують явища і ефекти квантової механіки на рівні алгоритмів і функціональних елементів. При цьому обчислення носять не детермінований, а імовірнісний характер: типовий квантовий алгоритм дає рішення якої-небудь задачі з деякою ймовірністю. У деяких завданнях, наприклад, біологічного моделювання і теорії чисел квантові алгоритми значно швидше за своїх класичних аналогів.

На відміну від звичайних бітів, які можуть знаходитися в стані 0 і 1, такі об'єкти завдяки своїй квантовій природі можуть перебувати одночасно в стані 0 і 1 з ймовірностями p і 1 - p. Використання квантових комп'ютерів дозволяє в теорії вирішувати багато завдань значно швидше, ніж на класичних комп'ютерах.