Исследователи из Китайской академии наук и Пекинского университета использовали 78-кубитовый квантовый процессор под названием «Чуан-цзы 2.0» для наблюдения и контроля претермализации — временного стабильного состояния, которое возникает перед тем, как квантовая система полностью погружается в хаос. Они увеличили время, в течение которого квантовая информация остается когерентной, замедляя термализацию, пишет ChinaDaily.
Эксперимент показывает, что термостаблирование можно настроить, регулируя модели вождения, улучшая контроль над квантовыми системами. Этот прогресс способствует прогрессу в направлении квантовых преимуществ и более мощных квантовых технологий. Результаты наблюдения опубликованы в журнале Nature.
Квантовые системы ведут себя совсем не так, как обычные объекты. Когда взаимодействует множество квантовых частиц, их коллективное поведение становится чрезвычайно сложным, а информация быстро распространяется по системе. Со временем это приводит к термализации — процессу, при котором энергия и информация равномерно распределяются, а система забывает о своем первоначальном состоянии. Для квантовых вычислений термализация является серьезной проблемой. Как только система проходит через этот процесс, хрупкая квантовая информация фактически теряется, что делает надежные вычисления невозможными.
Термализация не всегда происходит плавно и мгновенно. По словам ученых, при определенных условиях система приостанавливает работу. Она переходит в стабильную промежуточную стадию, на которой нарушение порядка замедляется, а информация частично сохраняется. Этот этап известен как претермализация.
Исследователи сравнивают это с нагреванием глыбы льда. Даже при постоянном нагревании температура какое-то время остается на уровне 0, пока лед тает. Энергия направляется на изменение структуры, а не на повышение температуры. Точно так же управляемая квантовая система может поглощать энергию, не становясь полностью хаотичной.
В ходе эксперимента ученые намеренно «толкали» квантовый процессор с помощью тщательно рассчитанных энергетических импульсов. Вместо простых повторяющихся сигналов они использовали метод под названием случайное многополярное управление. Этот метод привносит структурированную случайность в схему управления, основанную на математических последовательностях, которые не являются ни полностью периодическими, ни полностью случайными.
Регулируя частоту и время этих импульсов, команда смогла контролировать, как долго квантовая система оставалась в претермализованном состоянии, прежде чем быстро погрузиться в хаос.
Оказалось, что этот процесс можно замедлить или ускорить. Измерения показали, что во время претермической фазы квантовая информация оставалась относительно неизменной, а рост беспорядка подавлялся. Однако по завершении этой фазы квантовая запутанность — ключевая особенность квантовой механики — усилилась и быстро распространилась по всей системе, сделав ее слишком сложной для точного моделирования на классических компьютерах.
Ученые отметили, что полученные результаты могут повлиять на будущие исследования в области квантового моделирования, квантового управления и смежных тем. Команда планирует разработать более крупные квантовые чипы с более гибкой архитектурой, чтобы исследовать еще более сложное квантовое поведение и продемонстрировать то, что они называют «проверяемым практическим квантовым преимуществом». Это момент, когда квантовые машины не просто выполняют задачи быстрее, но и решают конкретные полезные задачи, которые раньше были невозможны.
Ранее Наука Mail рассказала о создании уникального кабеля для квантовых компьютеров.
