Ученые создали первый электронный квантовый процессор

Источник: electrik.info

Группа исследователей из США, Канады и Австрии, в которой тон задавали ученые из Йельского Университета (Yale University), создала первый в мире простейший твердотельный квантовый процессор, сделав этим серьезный шаг к мечте специалистов многих профилей – построению квантового компьютера.

Ученые сконструировали сверхпроводниковую интегральную схему на два кубита. Руководил работами, результаты которых опубликованы в журнале Nature (Demonstration of Two-Qubit Algorithms with a Superconducting Quantum Processor проф. физики Йельского Университета Роберт Шолкопф (Robert Schoelkopf). По его словам, процессор может производить лишь несколько самых простых операций, выполнение которых ранее уже было реализовано на отдельных ядрах, атомах и фотонах. Но теперь за выполнение этих задач отвечает электронное устройство, которое во многом напоминает обычный микропроцессор.

В сотрудничестве с группой теоретической физики Университета экспериментаторы изготовили два искусственных атома (кубита). Каждый из созданных кубитов представляет собой микроскопическую частицу сверхпроводника (ниобиевой пленки на подложке из оксида алюминия) и может находиться в двух энергетических состояниях. Несмотря на то, что каждый из кубитов фактически содержит миллиард атомов алюминия, они работают как единый атом, который может занимать только два энергетических уровня.

Элементы хранения квантовой информации соединяются с микроволновым резонатором, который позволяет управлять переходами между их состояниями путем подачи импульсов определенных частот, соответствующих частотам перехода; исследователям удалось добиться того, что квантовое состояние кубитов длится довольно долгое время (одну микросекунду). Кубиты сообщаются между собой с помощью «квантовой шины» (фотонов, передающих информацию по проложенным соединениям). По напряжению на выходе резонатора можно судить о состоянии квантовых разрядов; предложенная схема также позволяет изменять частоты перехода кубитов в широких пределах.

На базе такого процессора, как показали авторы, можно реализовать квантовые алгоритмы быстрого поиска в неупорядоченной базе данных и Дойча — Джоза (определения того, принимает ли функция значения 0 либо 1 при любых аргументах, или для половины области определения она принимает значение 0, а для другой половины — 1).

В будущем исследователи планируют увеличить продолжительность сохранения кубитом квантового состояния, что позволит реализовать более сложные алгоритмы, а также увеличить количество задействованных кубитов — и поднять вычислительную мощность процессора.