Физики разделили квантовый компьютер на две части, удаленные друг от друга на 60 метров

Европейские физики впервые создали "распределенный" квантовый вычислительный блок, разбив его на две половины, которые были удалены друг от друга на 60 метров. Его создание открывает дорогу для разработки полностью модульного квантового компьютера, пишут исследователи в статье в журнале Science.

Квантовыми компьютерами называют особые вычислительные устройства, чья мощность растет экспоненциальным образом благодаря применению принципов квантовой механики в их работе. Они состоят из так называемых кубитов - ячеек памяти и примитивных вычислительных модулей, способных хранить в себе одновременно и ноль, и единицу.

"Главным препятствием для разработки квантовых компьютеров сейчас является то, что мы пока не можем создать технологии, позволяющие нам объединять большое число кубитов, не внося помехи в работу их соседей. Эту проблему можно решить, если физически разделить компоненты компьютера и соединить их при помощи квантовой сети. Мы впервые создали подобную систему, соединив кубиты, удаленные друг от друга на 60 метров", - пишут исследователи.

За последние годы физики научились создавать относительно долгоживущие кубиты, почти не совершающие ошибок при операции над ними. С другой стороны, их объединение в рамках одной вычислительной машины оказалось крайне сложной задачей из-за того, что кубиты крайне сложно расположить рядом друг с другом таким образом, чтобы работа одной ячейки памяти не мешала функционированию ее соседей.

Группа немецких и испанских физиков под руководством Герхарда Ремпе, профессора Института квантовой оптики Общества Макса Планка в Гархинге (Германия), сделала большой шаг в сторону решения этой задачи, создав первый "распределенный" вычислительный квантовый узел, способный исполнять произвольные операции.

"Стройблоки" для квантового компьютера

Он представляет собой два кубита и линию из оптоволокна длиной в 60 метров, соединяющую их. Каждый вычислительный блок этого узла состоит из атома рубидия, который находится внутри так называемой оптической ловушки. Она представляет собой специальный набор из зеркал и измерительных инструментов, которые позволяют "запутывать" атом и частицы света, попадающие в эти ловушки.

Европейские физики выяснили, что подобные ловушки и соединяющую их линию оптической связи можно сконфигурировать таким образом, что одиночная частица света, отразившаяся сначала от одного кубита, а затем от второго, запутает их на квантовом уровне и сделает их частью одного вычислительного блока квантового компьютера.

Как показали первые опыты, которые исследователи провели с прототипом подобного "распределенного" квантового компьютера, подобные системы можно использовать для проведения произвольных квантовых операций подобно тому, как если бы их кубиты не были удалены друг от друга на 60 метров, а находились на максимально близком расстоянии.

Пока точность работы этих вычислительных блоков остается относительно низкой, около 76%, однако ученые предполагают, что им удастся значительно повысить ее, когда они заменят обычные лазеры, испускающие пучки частиц света, на полноценные источники одиночных фотонов, а также улучшат качество изготовления оптических ловушек.

Подобным же образом, как отмечают профессор Ремпе и его коллеги, можно объединять и более крупные узлы, содержащие в себе несколько кубитов. Как надеются ученые, их подход в ближайшее время позволит резко нарастить число ячеек памяти в квантовом компьютере, что позволит использовать подобные распределенные вычислительные машины для решения серьезных научных и прикладных задач.