Розширення квантових систем має важливе значення для розвитку квантових обчислень, оскільки їх переваги стають більш очевидними у великих системах. Дослідники Дармштадтського технічного університету досягли значного прогресу в досягненні цієї мети. Результати їх дослідження опубліковані в престижному журналі Optica.
Квантові процесори на основі двовимірних масивів оптичних пінцетів, які створюються за допомогою сфокусованих лазерних променів, є однією з найперспективніших технологій для розробки квантових обчислень і моделювання, які забезпечать дуже ефективні програми в майбутньому. Ця технологія виграє у різноманітних сферах застосування від розробки ліків до оптимізації транспортних потоків.
Прорив у квантово-розрядній технології
На сьогодні ці процесори здатні підтримувати кілька сотень одноатомних квантових систем, у яких кожен атом представляє один квантовий біт або кубіт як основну одиницю квантової інформації. Щоб досягти подальших успіхів, необхідно збільшити кількість кубітів у процесорах. Тепер цього досягла команда на чолі з професором Герхардом Бірклом з дослідницької групи «Атоми – Фотони – Кванти» факультету фізики Дармштадтського ТУ.
У дослідницькій статті, яка вперше була опублікована на початку жовтня 2023 року на сервері препринтів arXiv, а тепер також опублікована після наукового рецензування в престижному журналі Optica, команда повідомляє про перший у світі успішний експеримент із реалізації квантової архітектури обробки, яка містить понад 1000 атомних кубітів в одній площині.
«Ми надзвичайно раді, що першими подолали позначку в 1000 індивідуально керованих атомних кубітів, тому що стільки інших видатних конкурентів йдуть за нами по п’ятах», — говорить Біркль про свої результати.
Інноваційні методи та перспективи
У своїх експериментах дослідники змогли продемонструвати, що їхній підхід до поєднання новітніх квантово-оптичних методів із передовою мікрооптичною технологією дозволив їм значно збільшити поточні обмеження на доступну кількість кубітів.
Це було досягнуто шляхом впровадження нового методу «квантової надзарядки бітів». Це дозволило їм подолати обмеження, накладені на кількість придатних для використання кубітів обмеженою продуктивністю лазерів. 1305 одноатомних кубітів було завантажено у квантовий масив з 3000 ділянок-пасток і повторно зібрано в бездефектні цільові структури з 441 кубітом. Завдяки паралельному використанню кількох лазерних джерел ця концепція подолала технологічні кордони, які досі вважалися майже непереборними.
Для багатьох різних застосувань 1000 кубітів розглядається як порогове значення, починаючи з якого тепер можна вперше продемонструвати підвищення ефективності, обіцяне квантовими комп’ютерами. Тому дослідники з усього світу інтенсивно працюють над тим, щоб першими подолати цей поріг. Нещодавно опублікована дослідницька робота демонструє, що для атомних кубітів цей прорив був досягнутий вперше в усьому світі дослідницькою групою на чолі з професором Бірклом. У науковій публікації також описується, як подальше збільшення кількості лазерних джерел забезпечить кількість кубітів 10 000 і всього за кілька років.