Создан первый гибридный логический вентиль для квантового компьютера

Статья в Nature, первым автором которой является Крис Бэлланс (Chris Ballance) из оксфордского Колледжа Магдалины (Великобритания), демонстрирует квантовый логический элемент (вентиль) между двумя различными ионами — в данном случае, между распространённым изотопом кальция Ca-40 и более редким, Ca-43.

Важность этого достижения подчеркивает профессор физического факультета Оксфордского университета, Дэвид Лукас (David Lucas): «Два разных вида ионов необходимы для (квантового) компьютера: один, чтобы хранить информацию („запоминающий кубит“), и другой, для связи между разными частями компьютера с помощью фотонов („интерфейсный кубит“)».

Ранее, оксфордская команда показала, что кальций-43 даёт лучшую однокубитную память из известных на сегодняшний день физических систем. Более простая структура кальция-40 удачно позиционирует его в качестве интерфейсного кубита.

В 2003 г. учёные NIST в г. Боулдер (штат Колорадо) продемонстрировали логический вентиль, передающий информацию между ионами одного типа. В новой работе кубиты реализованы в двух разных изотопах, захваченных в общую ионную ловушку.

Авторами показано, что этот тип логического элемента может функционировать с высокой точностью, необходимой для применения в квантовом компьютере. В частности, они выполнили тест Белла, сгенерировав с помощью логического вентиля перепутанное состояние двух разных ионов, и затем независимо измерив каждый из них.

Этим тестом проверяется нелокальная природа квантовой механики, то, что перепутанное состояние двух частиц обладает свойствами, которые невозможно имитировать в классической системе. В данной работе тест Белла впервые осуществлён для двух разных типов атомов, разделённых расстоянием, многократно превышающим их размеры.

«Важность работы заключается в следующем: мы показали, что квантовые логические затворы между разными изотопами возможны, что ими можно управлять с помощью относительно несложной лазерной системы, и что они могут работать с точностью выше, так называемого, „порога устойчивости“ приблизительно в 99%, необходимой для реализации квантовой коррекции ошибок, без чего нельзя построить квантовый компьютер практичного размера», — заявил профессор Лукас.

В близкой работе, вошедшей в тот же выпуск Nature, Тинг Рей Тан (Ting Rei Tan) из группы ионной памяти NIST продемонстрировал квантовый логический вентиль, в котором использовались ионы двух разных элементов — бериллия и магния.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI