Группа ученых-физиков из Гарвардского университета, Массачусетского технологического института и других научных учреждений разработала и создала специальный тип квантового компьютера, называемого программируемым квантовым симулятором, в состав которого входят 256 квантовых битов, кубитов. Появление такой системы является огромным шагом вперед на пути к строительству крупномасштабных квантовых вычислительных систем, которые можно использовать для изучения сложных квантовых процессов и выполнения расчетов очень сложных задач из областей материаловедения, финансов, медицины, коммуникаций и т.п.
«Количество квантовых состояний, в которых может находиться наша система с 256 кубитами, превышает количество атомов в Солнечной системе» — рассказывает Михаил Лукин (Mikhail Lukin), профессор из Гарварда, — «Это весьма хорошо демонстрирует масштаб созданной нами системы».
Используя возможности нового квантового симулятора, ученые смогли наблюдать за несколькими экзотическими квантовыми состояниями материи, которые никогда не могли и не могут пока еще быть получены экспериментальным путем. Эти состояния являются промежуточными этапами фазовых переходов, и полученные учеными данные дополняют наши знания о том, как магнетизм проявляется и работает на квантовом уровне.
Основой для создания нового квантового симулятора стал симулятор с 51 кубитом, построенный еще в 2017 году. Эта система позволяет ученым захватывать сверхохлажденные атомы рубидия при помощи оптического пинцета, состоящего из лазерных лучей, и помещать каждый атом в строго заданное место оптической ловушки, созданной из лучей света других лазеров.
В новой системе, за счет использования более совершенных лазерных пинцетов и ловушки, атомы могут быть размещены на поверхности условной двумерной плоскости. Это позволило увеличить количество кубитов до 256, расположенных в пределах заранее запрограммированных форм — квадратов, сотовидных или треугольных решеток, что позволяет добиться определенных видов взаимодействий между кубитами.
«Основной компонент нашего симулятора — это устройство, называемое пространственным оптическим модулятором, который используется для формирования фронтов оптических импульсов. Это, в свою очередь, позволяет нам создать одновременно сотни отдельных оптических пинцетов, сфокусированных в строго определенных точках» — пишут исследователи, — «Приблизительно такие же устройства используются в подключаемых к компьютерам проекторах, на основе этого принципа мы создали устройство, ставшее главным и критическим компонентом нашего квантового компьютера».
В настоящее время ученые занимаются улучшением созданной ими системы, модернизируя систему управления кубитами, что, в свою очередь, должно сделать всю систему в целом более гибкой в программировании. Параллельно с этим ведутся исследования экзотических квантовых взаимодействий, направленные на возможность использования этих взаимодействий для решения сложнейших задач, запрограммированных в виде положения отдельных кубитов и созданных квантовых запутанностей между ними.
Материалы по теме:
Posted in 
Tags: 