Хотя экспериментальные квантовые компьютеры приближаются к сотне кубитов, практическая польза от таких систем ожидается лишь после появления устройств из десятков или сотен тысяч кубитов, а то и миллионов. В конечном счёте, всё упирается в масштабирование, а с этим всё довольно плохо. Одно из решений этой проблемы видят британские учёные — это модульный подход, когда квантовые чипы как частички пазла будут простым образом соединяться друг с другом.
Опытная установка для передачи кубитов между отдельными модулями. Источник изображений: University of Sussex
На днях в издании Nature Communications группа британских учёных из Университета Сассекса и выделенной из него компании Universal Quantum сообщила о работе, в ходе которой впервые была показана возможность прямой передачи кубитов (квантовых состояний) между двумя независимыми квантовыми чипами и сделано это с рекордной скоростью и точностью. Причём скорость и точность передачи оказались на порядки выше предыдущих опытов, что даёт надежду на приближение масштабных квантовых вычислителей или симуляторов.
Решение обещает реализовать модульный подход в масштабировании квантовых платформ. Отдельные квантовые чипы устанавливаются один рядом с другим, но не имеют прямых соединений друг с другом. Это чрезвычайно упрощает как архитектуру, так и реализацию масштабных решений. Кубиты едва ли не телепортируются сквозь воздушный зазор между одним чипом и другим. Во всяком случае удалось доказать, что квантовые состояния не разрушаются во время такой передачи и полностью сохраняются, включая загадочную суперпозицию, когда значение кубита равновероятно может быть любым от 0 до 1.
В своём эксперименте исследователи оперировали кубитами на ионах в ловушках. Ионы хорошие кандидаты в кубиты, поскольку время когерентности (сохранения квантовых состояний для проведения расчётов или симуляций) у них одно из самых длительных среди других кандидатов в кубиты. На этом принципе строятся одни из мощнейших на сегодня квантовые системы компании Honeywell и проблема с масштабированием у них стоит очень остро. Количество ловушек для ионов на чипе физически ограничено и без модульного подхода говорить о создании многокубитовых платформ просто не приходится.
Выравнивание двух модулей для передачи квантовых состояний от одних атомов другим
Британская разработка оказалась достаточно перспективной, чтобы компания Universal Quantum получила 67 млн евро от Немецкого аэрокосмического центра (DLR) на создание двух квантовых компьютеров, где они будут использовать представленную технологию. Это крупнейшая сумма, выданная за государственный счёт в виде разовой выплаты какой-либо «квантовой» компании, что даёт надежду на значительную практическую ценность разработки.