Создана модель программируемого квантового процессора

Физики из Национального института стандартов и технологий (США) реализовали обширный набор «программ» на базе двух кубитов, представленных ионами бериллия.

Дэвид Ханнеке проводит настройку экспериментальной установки (фото J. Burrus / NIST).

В квантовом компьютере, как и в его традиционном аналоге, обработку информации (преобразование множества входных логических сигналов в выходной) производят логические вентили. «В теории квантовых вычислений показано, что любой алгоритм с использованием любого количества кубитов можно реализовать на основе одно- и двухвходовых квантовых вентилей», — поясняет ведущий автор работы Дэвид Ханнеке (David Hanneke). Специалисты уже научились создавать такие вентили и выполнять определенные последовательности операций, однако сконструировать универсальный процессор пока никому не удавалось.

Американские ученые разместили кубиты — два иона бериллия — в электромагнитной ловушке, добавив к ним два иона магния, которые способствовали охлаждению системы. Поскольку число возможных преобразований с участием двух кубитов ничем не ограничено, авторы, воспользовавшись генератором случайных чисел, выбрали для проверки 160 «программ». Каждая из них включала в себя 31 логическую операцию, которые кодировались лазерными УФ-импульсами. Большинство операций были однокубитными, причем в процессе программирования варьировались только пятнадцать операций из тридцати одной.

Каждую такую «программу» исследователи выполнили по 900 раз. Сравнив полученные результаты с теоретическими расчетами, они вычислили точность работы процессора, которая составила около 79 процентов. «Разумеется, вероятность корректного выполнения отдельной логической операции превышает 90 процентов, но для их последовательности мы получаем цифру 79», — комментирует г-н Ханнеке.

Точность работы процессора, который можно будет использовать на практике, должна превышать 99,99%. По мнению ученых, такие значения вполне реальны: просто нужно подумать над тем, как стабилизировать параметры лазера и оптимизировать геометрию эксперимента.

Полная версия отчета исследователей будет опубликована в журнале Nature Physics; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Национального института стандартов и технологий.