В якості важливого кроку вперед для квантових обчислень в атомному масштабі вчені створили перші двокубітні ворота між атомами в кремнії, що дозволяють кубітам зв'язуватися один з одним і виконувати операції набагато швидше, ніж коли-небудь раніше.
Оскільки ворота з двома кубітами є фундаментальним будівельним блоком квантового комп'ютера, досягнення має досить дивовижні наслідки.
«Багато хто думав, що це неможливо», - говорить фізик Мішель Сіммонс з Університету Нового Південного Уельсу (UNSW) в Австралії.
Кубіти - це квантові біти, і вони являють собою квантово-обчислювальний еквівалент двійкових бітів, базових одиниць інформації. Однак, коли біти обробляють інформацію в одному з двох станів - 1 або 0 - кубіт може перебувати в стані 1, 0 або обох одночасно, залежно від їх станів обертання. Останній стан - 1 і 0 одночасно - називається суперпозицією.
Підтримка суперпозиції кубітів дозволяє квантовим комп'ютерам вирішувати складні математичні завдання, виконуючи обчислення, засновані на ймовірності стану об'єкта до його вимірювання.
Але для більш ефективних обчислень вчені хочуть, щоб кубіти могли «спілкуватися» один з одним. Отже, потрібно було створити ворота з двома кубітами, які команда UNSW змогла побудувати тільки в 2015 році.
Тепер, розмістивши два атомних кубіти ближче один до одного, ніж вони коли-небудь були, і вимірявши і проконтролювавши їх спинові стани в режимі реального часу, дослідники скоротили час операції з двома кубітами до 0,8 наносекунд. Це в 200 разів швидше, ніж будь-які інші двокубітні ворота, розроблені на сьогоднішній день.
«Оптимізація кожного аспекту конструкції пристрою з атомною точністю тепер дозволила нам створити дійсно швидкі, високоточні двокубітні логічні елементи, які є фундаментальним будівельним блоком масштабованого квантового комп'ютера на основі кремнію», - кажуть дослідники.
Наступна основна мета - побудувати квантову інтегральну схему на 10 кубітів - і вчені сподіваються, що вони досягнуть її протягом 3-4 років.
У потенціалі працюючий великомасштабний квантовий комп'ютер здатний трансформувати сучасну економіку і створити нові галузі майбутнього, вирішуючи протягом декількох годин або хвилин проблеми, які вимагатимуть від звичайних комп'ютерів - навіть суперкомп'ютерів, - століття і вирішуючи інші важкопереборні завдання, які навіть суперкомп'ютери не можуть вирішити за наскільки-небудь прийнятний термін.
Потенційні додатки включають машинне навчання і штучний інтелект, планування і логістику, фінансовий аналіз, моделювання фондового ринку, перевірку програмного та апаратного забезпечення, швидке проектування і тестування ліків, а також раннє виявлення і профілактику захворювань тощо.