Продемонстровано новий тип квантових комп’ютерів

Вчені Університету Інсбрука в Австрії продемонстрували новий тип універсального квантового комп’ютера, в якому використовуються багаторівневі квантові системи, які називаються кудитами. На відміну від дворівневих кубитів, які несуть інформацію про два базові стани «0» і «1», кудити описуються суперпозицією більшого числа станів, що дозволяє реалізувати складні квантові алгоритми. Статтю вчених опубліковано в журналі Nature Physics.

Новий квантовий процесор складається з іонів ізотопу кальцію-40, захоплених пасткою Пауля, в якій частинки утримуються за допомогою магнітного поля силою 4,4 гауса. Квантова інформація кодується в основному електронному стані та у збудженому стані іонів. У присутності магнітного поля основний електронний стан через ефект Зеємана поділявся на два підрівні, а збуджений — на шість підрівнів. Таким чином кожен іон кальцію-40 підтримував кудит із вісьмома рівнями.

Кожен перехід між основним і збудженим станом іона є однокудитною обчислювальною операцією. Самі переходи електронів між рівнями реалізовувалися за допомогою вузькосмугових лазерних променів із довжиною хвилі 729 нанометрів, а значення кудиту зчитувалося при спостереженні за флуоресценцією іонів.

За словами вчених, кудитний квантовий процесор може ефективно застосовуватися в квантовому моделюванні ґратових калібрувальних теорій, квантової хімії та теорії вищих спінів. Для цих областей потрібні обчислення в багатовимірних просторах гільберта, реалізація яких на кубітних квантових комп’ютерах вимагає великих зусиль.

Для роботи з великими ланцюжками кудитів необхідне магнітне поле з більшою силою — близько 10 гаусів. Такі поля легко створюються за допомогою постійних магнітів, і очікується, що вони не спричинять додаткових ускладнень.