Японские физики создали квантовый процессор с рекордно высокой скоростью работы

Физики из Японии создали уникальный квантовый процессор.

Японские физики создали рекорно быстрый двухкубитный квантовый процессор на базе холодных атомов, способный исполнять сотни миллионов операций в секунду. Об этом в понедельник сообщила пресс-служба Национальных институтов естественных наук Японии (NINS).

«Физики уже два десятка лет ускоряют работу кубитов для снижения вероятности того, что случайные шумы породят сбои в их работе. Сверхбыстрая скорость исполнения логических операций, на расчет каждой из которых уходит всего 6,5 наносекунд, позволяет осуществлять вычисления примерно на два порядка быстрее, чем возникают шумы в работе кубитов. В теории, это позволяет игнорировать их действие на компьютер», — говорится в сообщении.

Существует несколько типов кубитов — квантовых аналогов компьютерных битов, построенных на базе сверхпроводников, одиночных атомов или ионов, а также полупроводников. Первые три типа ячеек памяти пока лидируют в «квантовой гонке» по созданию все более сложных вычислительных приборов, так как их работой удобнее управлять, а сами кубиты такого типа совершают меньше ошибок при вычислениях.

Одним из главных препятствий для дальнейшего развития подобных счетных машин является то, что они тратят остаточно много времени на совершение саже самых простых логических операций. В этом отношении большинство квантовых компьютеров уступает их кремниевым аналогам сразу на несколько порядков. Это мешает проведению сложных вычислений, включающих в себя большое число шагов.

Сверхбыстрый квантовый компьютер

Группа японских физиков под руководством Кендзи Омори, профессора Национальных институтов естественных наук Японии в Окадзаки, решила эту проблему для квантовых компьютеров на базе холодных атомов. Роль квантовых битов внутри этих машин играют особые частицы, которые ученые называют атомами Ридберга.

Они представляют собой атомы рубидия-87, чей последний электрон был «отодвинут» на большое расстояние от ядра при помощи особых импульсов лазерного излучения. Благодаря этому размеры атома увеличиваются примерно в миллион раз, что облегчает манипуляции его квантовыми свойствами и позволяет размещать рядом большое число кубитов. Первый квантовый компьютер на их основе был создан в 2017 году группой профессора Михаила Лукина, работающей в Гарвардском университете.

Профессор Омори и его коллеги ускорили работу квантовых компьютеров на базе атомов Ридберга сразу на несколько порядков. Это стало возможным благодаря разработке новой стратегии облучения атомов рубидия-87 при помощи сверхкоротких, но при этом очень мощных импульсов лазерного излучения. Они одновременно переводят соседние атомы в Ридберговское состояние и заставляют их взаимодействовать и участвовать в расчете логических операций.

По текущим оценкам физиков, весь этот процесс занимает около 6,5 наносекунд, что примерно в сто раз быстрее, чем удавалось в прошлом достичь на других квантовых компьютерах на базе холодных атомов. Как надеются исследователи, их подход приведет к созданию новых вычислительных машин, способных исполнять сотни миллионов операций в секунду и решать сложные задачи, полезные на практике.