Один часто повторяемый пример иллюстрирует ошеломляющий потенциал квантовых вычислений: машина с 300 квантовыми битами может одновременно хранить больше информации, чем количество частиц в известной вселенной.
Теперь обработайте это: ученые -Гарвард только что представили систему, которая была в 10 раз больше, и первая квантовая машина, способная работать непрерывно без перезапуска.
В Документ, опубликованный в журнале NatureКоманда продемонстрировала систему из более чем 3000 квантовых битов (или кубитов), которая может работать более двух часов, преодолевая серию технических проблем и представляя значительный шаг к созданию супер компьютеров, которые могут революционизировать науку, медицину, финансы и другие области.
«Мы продемонстрировали непрерывную работу с системой 3000 квадбитов»,-сказал Михаил ЛукинПрофессор Университета Джошуа и Бет Фридман и со-директор Инициативы квантовой науки и инженерии, а также старший автор новой статьи. «Но также ясно, что этот подход будет работать и для гораздо большего числа».
Сотрудничество под руководством Гарварда включало исследователей из MIT и совместно возглавлял Лукин, Маркус ГрейнерДжордж Васмер Леверетт профессор физики и Владан ВулетикЛестер Вулф профессор физики в Массачусетском технологическом институте. Команда проводит исследования в сотрудничестве с Quera Computing, стартап-компанией, вытекающей из Harvard-Mit Labs.
Обычные компьютеры кодируют информацию – от видео на вашем телефоне до слов и изображений на этой странице – в битах с двоичным кодом. Квантовые компьютеры используют субатомные частицы в отдельных атомах и используют преимущества противоречивых свойств квантовой физики для достижения гораздо большей мощности обработки.
Бинарные обычные биты хранят информацию как нули или. Кубиты могут быть нулю, один или оба одновременно – и эта линейная комбинация амплитуд является ключом к мощности квантовых вычислений.
В обычных компьютерах удвоение количества битов удваивает мощность обработки; В квантовых компьютерах добавление кубитов экспоненциально увеличивает мощность из -за процесса, называемого квантовой запутанностью.
Но реализация больших квантовых систем создает серьезные проблемы.
Системы нейтральных атомов (без электрического заряда, потому что они имеют равное количество протонов и электронов) стали одной из наиболее перспективных платформ для квантовых компьютеров.
Но одной упорной проблемой была «потеря атома» – кубиты избегают и теряют свою закодированную информацию. Этот недостаток имеет ограниченные эксперименты в отношении одного выстрела, в которых исследователи должны сделать паузу, перезагрузить атомы и начать снова.
«Мы показываем способ вставить новые атомы, поскольку вы естественно теряете их, не разрушая информацию, которая уже находится в системе».
Элиас Трапп
В новом исследовании команда разработала систему для постоянного и быстрого пополнения кубитов с использованием «оптических решетчатых конвейерных лент» (лазерные волны, которые транспортируют атомы) и «оптические пинцеты» (лазерные лучи, которые захватывают индивидуальные атомы и расположены в сетчатых массивах). Система может перезагрузить до 300 000 атомов в секунду.
«Мы показываем способ вставить новые атомы, когда вы естественно теряете их, не разрушая информацию, которая уже находится в системе»,-сказал Элиас Трапп, соавтор бумаги и доктор философии. Студент в Школе искусств и наук Кеннет С. Гриффин, изучающий физику. «Это действительно решает это фундаментальное узкое место потери атома».
Новая система управляла массивом более 3000 кубитов в течение более двух часов – и, по словам исследователей, может продолжаться бесконечно. Более двух часов более 50 миллионов атомов провели велосипед по системе.
Лукин добавил: «Этот новый вид непрерывной работы системы, включающая способность быстро заменить потерянные кубиты, может быть более важным на практике, чем определенное количество кубитов».
В последующих экспериментах команда планирует применить этот подход для выполнения вычислений.
Нэн-Чун Чиу, ведущий автор и доктор философии Гарварда Гриффина. Студент по физике сказал: «Что действительно выделяет нас, так это комбинация трех вещей – масштаб, сохранение квантовой информации и делая весь процесс достаточно быстрым, чтобы быть полезным».
Новое исследование продвигает быстро развивающуюся границу исследований. Фактически, на этой неделе команда из Caltech опубликовала систему 6100 кубит, но она могла работать только менее чем за 13 секунд.
В Еще одна бумага Также опубликованная в природе в этом месяце, команда из Гарвард-Мит продемонстрировала архитектуру для реконфигурируемых атомов массивов для имитации экзотических квантовых магнитов.
«Мы можем буквально перенастроить атомный квантовый компьютер во время его работы. По сути, система становится живым организмом».
Михаил Лукин
Подход позволяет изменять подключение процессора в процессе вычисления. Напротив, большинство существующих компьютерных чипов – как те, в вашем мобильном телефоне или настольном компьютере – имеют фиксированное соединение.
«Мы можем буквально перенастроить атомный квантовый компьютер во время работы», – сказал Лукин. «По сути, система становится живым организмом».
В третьем Документ, опубликованный в природе на этой неделеКоманда демонстрирует квантовую архитектуру с новыми методами коррекции ошибок. Благодаря этой новой группе исследований Лукин считает, что теперь можно представить квантовые компьютеры, которые могут выполнять миллиарды операций и продолжать работать в течение нескольких дней.
«Понимая, что эта мечта теперь в нашем прямое зрелище впервые, – сказал он. «Можно действительно увидеть очень прямой путь к этому понять».
Исследователи получили федеральное финансирование от Министерства энергетики США, разведывательной деятельности Advanced Research Projects, Исследовательского управления армии, Агентства по продвинутым исследовательским проектам обороны и Национального научного фонда.
Ещё по этой теме
