Российские ученые из Университета ИТМО вместе с коллегами из Лондона совершили важный прорыв на пути к практически полезным квантовым компьютерам. Они решили одну из ключевых проблем: как максимально быстро и точно передавать информацию (квантовое состояние) между базовыми элементами процессора — кубитами.
Современные квантовые процессоры уже содержат сотни, порой даже тысячи кубитов. Однако управление такой большой системой «хрупких» квантовых объектов — задача не из простых. Особенно критична скорость передачи сигнала между кубитами. Если она недостаточна, квантовое состояние разрушается раньше, чем достигает цели, делая вычисления неверными. Чем больше кубитов, тем острее стоит эта проблема.
До сих пор использовались два основных метода: либо последовательное включение связи между соседними кубитами (медленно), либо постоянная настройка всех связей (тоже не быстро). Оба подхода стали узким местом. Команда ИТМО предложила принципиально новый метод, названный квантовая брахистохрона. Идея заимствована из классической механики: найти самый быстрый путь между двумя точками (как шарик скатывается по оптимальной кривой). Ученые не просто включают/выключают связи между кубитами, а плавно и точно управляют силой этих связей во времени.
Представьте цепочку кубитов. В начале максимально «включается» связь между первым и вторым. По мере того, как сигнал (квантовое состояние) начинает движение, сила этой первой связи плавно ослабевает, зато постепенно «разгоняется» связь между следующими кубитами, как бы подхватывая и ускоряя сигнал дальше по цепочке. Это похоже на эстафету, где бегун передает палочку на полном ходу. В результате состояние передается из начала в конец цепочки не просто быстро, а с максимально возможной для физики скоростью. И, что не менее важно, с очень высокой точностью.
Главное достижение ученых — возможность масштабирования этого метода. Физики не только придумали алгоритм, но и рассчитали минимальное время передачи для системы из 100 кубитов. Раньше такое было возможно только для коротких цепочек. По оценкам экспертов, новый протокол работает примерно на 40% быстрее существующих аналогов, снижает количество ошибок и требует меньше вычислительных шагов.
Достижение открывает путь к моделированию сложных молекул и материалов на будущих квантовых компьютерах и приближает эру их практического применения. Решение группы российских и британских ученых потенциально применимо на платформах со сверхпроводящими кубитами.
Ранее Наука Mail рассказывала о «безошибочных» фотонных кубитах.