Перший квантовий “міст” здатен об’єднати квантові комп’ютери в одну мережу

124 Views Comment Off

Найпотужніші сучасні комп’ютери, суперкомп’ютери, являють собою безліч обчислювальних вузлів, пов’язаних між собою спеціальними мостами і високошвидкісними шинами даних, так званими інтерконектами. Точно так же закінчиться справа і з майбутніми квантовими комп’ютерами, які повинні представляти собою закінчену з функціональної точки зору систему, інтегровану з безліччю додаткових пристроїв. Дослідники з Гарвардського університету та лабораторії Ion Beam Laboratory, яка є частиною Національної лабораторії Sandia, зробили великий крок до здійснення інтеграції квантових обчислювальних систем. Вони створили перший в своєму роді квантовий “міст”, здатний ефективно об’єднати безліч квантових комп’ютерів в єдину мережеву обчислювальну систему.

В даний час на світі існують лише найпростіші квантові обчислювальні системи, наприклад, IBM Quantum Experience, які здатні виконувати лише нескладні алгоритми. Деякий час вченими робляться спроби створення систем, що складаються з декількох простих квантових комп’ютерів, які спільними зусиллями зможуть вирішувати і більш складні завдання. Але, на жаль, не дивлячись на всі ці зусилля, спроби створення повністю функціонуючих “багатопроцесорних” квантових систем ще не увінчалися успіхом.

“Люди вже досить давно створили найпростіші квантові комп’ютери” – розповідає Райан Камачо (Ryan Camacho), дослідник з лабораторії Sandia, – “І, цілком ймовірно, що наступним етапом буде не створення одного великого і потужного квантового комп’ютера, а цілої системи, що складається з пов’язаних один з одним простих квантових комп’ютерів”.

Для того, щоб зв’язати квантові комп’ютери в єдине ціле, потрібно міст, здатний розділити квантову інформацію між кількома пристроями. Іншими словами, цей міст повинен зробити так, щоб всі атоми (квантові біти, кубіти), що містяться в системі, вели себе так, немов вони є одним єдиним атомом.

За допомогою установки іонної імплантації фокусованим променем, що знаходиться в лабораторії Sandia, вчені замінили один атом вуглецю в кристалічній решітці алмазної основи великим за розміром атомом кремнію. Як тільки це вдалося зробити, атом кремнію “потіснив” сусідні атоми вуглецю, створивши навколо себе подобу буферної зони. Проміжок цієї буферної зони діє як ізолятор від електричного струму, яким вони впливають на кристал алмазу. І, по-друге, атом кремнію, що знаходиться в центрі буферної зони, поводиться так, немов він перебуває у вакуумі, а не міститься всередині твердого кристала. Це дозволяє отримати необхідну “реакцію електронів атома на квантові явища, яка не зачіпається небажаною взаємодією з іншими частинками матерії”.

При накачуванні фотонами лазерного світла всі атоми кремнію переходять в збуджений енергетичний стан, їх електрони перескакують на більш високі енергетичні орбіти. Але коли ці електрони повертаються в свій початковий стан, вони випускають “пачки” фотонів світла, квантові параметри яких зі 100-відсотковою ймовірністю відповідають поточному квантовому стану атома кремнію.

“Перше, що нам вдалося зробити, це помістити атоми кремнію в строго задані місця кристалічної решітки, розташовані набагато нижче рівня поверхні. Тепер ми вже маємо можливість створити тисячі таких” кремнієвих дефектів “, які будуть розташовані в строгому порядку” – розповідає Райан Камачо, – “Якщо раніше ми мали зуміти виділити фотони від одного з тисячі безладно розкиданих джерел світла, то зараз ми можемо точно сказати, яким атомом кремнію був випущений будь-який з фотонів”.

За умови розробки та реалізації деяких додаткових методів, включаючи вже створені “квантові детектори”, така впорядкована матриця “кремнієвих дефектів” може стати мостом, який об’єднає в єдине ціле практично нескінченну кількість квантових процесорів. І вчені збираються продовжити працювати в цьому напрямку, який рано чи пізно призведе до появи ефективних і функціональних квантових обчислювальних систем.

... ... .
In : Техно

Related Articles

404