В кристалле алмаза собран действующий квантовый компьютер

В эксперименте, призванном продемонстрировать жизнеспособность твердотельных квантовых компьютеров, мультинациональная команда ученых использовала двухкубитное вычислительное устройство, изготовленное в кристалле алмаза. Об этом сообщается в сегодняшнем номере журнала Nature.

В качестве квантовых битов использовались субатомные примеси — дефекты углеродного кристалла, а точнее их спины. В одном случае, кубитом стало ядро азота, в другом — электрон. Вычисления с помощью электронов могут производиться быстрее, но кубиты на основе более крупного ядра атома стабильнее, их период декогерентности исчисляется миллисекундами. Для борьбы с явлением декогерентности — шумом, вносящим помехи в работу квантовых компьютеров, впервые была применена защита в форме микроволновых импульсов, непрерывно меняющих направления вращения (спин) электронов.

Как правило, наряду с ошибками такая защита отфильтровывает взаимодействия между кубитами, необходимые для реализации логических вентилей. Важным открытием, поэтому, стало то, что синхронизация электронного и ядерного спинов позволяет реализовать динамическую защиту кубитов от внешней среды при одновременном сохранении межспиновых связей для квантовой обработки информации.

Для проверки функциональности полученного квантового компьютера ученые использовали так называемый алгоритм Гровера, изобретенный в Bell Labs 16 лет назад. Он заключается в поиске по несортированной базе данных. Классические алгоритмы позволяют получать искомое, в среднем, после перебора половины вариантов. Квантовый компьютер, благодаря свойствам суперпозиции (кубит может принимать не только значения «0» и «1», но и оба одновременно), находит ответ гораздо быстрее. В частности, имея несортированный список из четырех пунктов, он получает нужный результат всегда с первой попытки.

Алмазный компьютер справлялся с тестом Гровера в первой попытки примерно в 95% случаев. Это неидеально, но достаточно, чтобы показать, что устройство действительно работает по квантовым принципам.

Работа финансировалась Национальным научным фондом и Исследовательским офисом Армии США.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365