Вчені Каліфорнійського технологічного інституту повідомили про створення квантового процесора з масивом із 6100 кубітів — найбільшого у своєму класі серед систем на основі нейтральних атомів. Рекорд став можливим завдяки інженерним досягненням у стабілізації атомів цезію, які виступають у ролі кубітів. Для цього використовували лазери, що діяли як оптичні пінцети. Про це повідомляє медіа про науку, технології та здоров’я КРВ.медіа з посиланням на текст дослідження, опублікований у журналі Nature.
Найбільша система кубітів на основі нейтральних атомів
ФОТО: 6100 атомів цезію, захоплених високосфокусованими лазерними променями
Дослідники Каліфорнійського технологічного інституту встановили новий етап розвитку квантових обчислень, створивши масив із 6100 кубітів на основі нейтральних атомів цезію. Це найбільша система такого типу, яка майже вшестеро перевищує попередні досягнення в цій галузі. Атоми цезію були точно розміщені та стабілізовані за допомогою лазерної технології, яка діяла як оптичний пінцет.
Оптичні пінцети — це сфокусовані лазерні промені, які дозволяють утримувати окремі атоми у визначеному положенні. Саме така технологія дала змогу створити щільний та стабільний масив з тисячами кубітів.
Кожен атом виконує функцію кубіта — елементарної одиниці квантової інформації, яка здатна перебувати в кількох станах одночасно завдяки явищу суперпозиції. Це відрізняє кубіти від класичних бітів, що мають лише два можливих значення — 0 або 1. Квантові обчислення дозволяють значно прискорити розв’язання задач, які складно або неможливо обробити класичними комп’ютерами.
Інженерні вдосконалення — основа масштабування
Цей прорив став можливим не завдяки одному технологічному відкриттю, а завдяки послідовним удосконаленням у кількох ключових напрямах. Зокрема, дослідники модернізували конструкцію лазерного пінцета, створили вакуумну камеру з ультранизьким тиском і досягли високої точності в керуванні атомами.
Одним із ключових результатів стала здатність утримувати квантовий стан кубітів у стабільному когерентному режимі до 13 секунд — це вдесятеро довше, ніж у попередніх системах. Такий рівень стабільності критично важливий для розробки алгоритмів із корекцією помилок, які компенсують крихкість кубітів і забезпечують надійність обчислень.
Фізик Мануель Ендрес, який очолює проєкт, зазначив:
«Це захопливий момент для квантових обчислень на нейтральних атомах. Тепер ми бачимо шлях до великих квантових комп’ютерів із корекцією помилок. Будівельні блоки вже закладені».
Новий стандарт для квантових систем
Окрім масштабу, команда досягла надзвичайної точності у керуванні окремими кубітами — з похибкою лише 0,02%. Це означає, що кожним з 6100 атомів можна маніпулювати з точністю 99,98%. Такий рівень є новим еталоном у галузі програмованості квантових систем.
Фізик Ґьохей Номура прокоментував це так:
«Часто вважається, що великий масштаб досягається коштом точності, але наші результати показують, що ми можемо поєднувати і те, й інше. Кубіти не корисні без якості. Тепер у нас є і кількість, і якість».
Що означає цей прорив для суспільства
Створення великих масивів кубітів — це не лише технічне досягнення. У майбутньому квантові комп’ютери можуть використовуватись для моделювання хімічних процесів, відкриття нових матеріалів, прогнозування клімату, оптимізації логістики, створення нових лікарських препаратів і навіть розробки безпечних методів шифрування даних.
Масштабованість і стабільність є основою для переходу від теоретичних можливостей до реальних практичних застосувань. Технології на основі нейтральних атомів наразі вважаються одними з найбільш перспективних для реалізації універсальних квантових процесорів.
Наступний етап — квантова заплутаність
Поки що система демонструє здатність до зберігання квантової інформації. Наступним кроком стане реалізація квантової заплутаності між кубітами — явища, коли зміна стану одного кубіта миттєво впливає на інший, незалежно від відстані між ними.
Фізик Ганна Манетч зауважує:
«Цікаво, що ми створюємо машини, які допомагають нам вивчати Всесвіт так, як нас може навчити лише квантова механіка».
Саме заплутаність є основою для складних квантових операцій і паралельного обчислення. Реалізація таких зв’язків дасть змогу системі перейти від зберігання інформації до її обробки — і стане визначальним кроком до практичного використання квантових машин.
Раніше ми писали: Вперше квантовий комп’ютер перевершив суперкомп’ютер
