Квантовый компьютер стал на две секунды ближе к реальности

Михаил Лукин из Российского квантового центра ^[1] осуществил прорыв в постройке квантового компьютера. Ученые смогли достаточно долго сохранить данные в квантовой вычислительной системе — исследователи считают что мы стоим в одном шаге от создания реального квантового компьютера.

Всего пол года назад Лукин рассказывал на своей лекции в Москве ^[2] как еще далеки мы от создания вычислительных машин основанных на квантовых эффектах и вот сегодня из его лаборатории поступила новость опережающая свое время. Оказалось, что будущее уже на пороге.

Лекция в Digital October

Под руководством Лукина группа ученых из Гарвардского университета смогла создать квантовые биты, хранящие информацию в течение примерно 2 секунд. Это примерно на 6 порядков дольше, чем в ходе предыдущих экспериментов. Отдельной особенностью созданного кубита стало то, что он способен работать при комнатной температуре.

Квантовый бит (или кубит) — это наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере. По мнению исследователей, гарвардский эксперимент сделал на шаг ближе квантовые вычислительные системы.

Большинство существующих квантовых систем создаются на базе сложного и дорогого оборудования, включая установки, охлаждающие систему до абсолютного нуля (-273 по Цельсию). Группа ученых во главе с гарвардским профессором физики Михаилом Лукиным (Mikhail Lukin) использовала алмазы, выращенные в лабораторных условиях.

"То, что нам удалось достичь в плане контроля, — поистине беспрецедентно, — прокомментировал Лукин. — Мы получили кубит при комнатной температуре. Мы смогли записать информацию в него и сохранить ее в течение относительно долгого времени. Мы полагаем, что данный эксперимент имеет лишь технические ограничения. То есть выглядит вполне реальной возможность продления периода существования кубита на часы. В этом случае становится возможным внедрение реальных квантовых вычислительных систем".

Помимо квантовых компьютеров, Лукин предвидит создание квантовых платежных систем, которые используют квантовые биты для кодирования информации, и квантовых вычислительных сетей с новым уровнем защиты от вторжений.

Михаил Лукин, Георг Кукско и Кристиан Латта в своей лаборатории.

"Данное исследование — важный шаг на пути к созданию практического квантового компьютера, — сказал Георг Кукско (Georg Kucsko), один из участников научной группы. — Мы впервые смогли создать простую систему с приемлемым для хранения данных временным интервалом".

Основа для эксперимента была найдена командой Лукина несколько лет назад, когда ученые обнаружили, что находящиеся в выращенном в лабораторных условиях алмазе дефекты (азото-замещенные вакансии, NV-вакансии) обладают свойствами отдельных атомов, в частности, имеют спин. С помощью лазерной установки ученые научились управлять спином и узнавать его меняющуюся со временем поляризацию.

Непосредственно данные ученые записывали в изотоп углерод-13, способный долго сохранять свое состояние. Однако с другой стороны изолированность является недостатком — потому что к нему трудно «подобраться». Ученые нашли гениальное решение: они смогли взаимодействовать с изотопом с помощью соседних примесей другого типа.

В результате этого взаимодействия по состоянию NV-вакансии можно судить о состоянии атома углерода, и исследователи смогли кодировать бит информации в спин атома.

Кодирование информации в спине атомов углерода-13 и ее чтение с помощью NV-вакансии — это лишь шаг на пути к квантовым компьютером. Прежде чем они станут практически полезными, исследователи должны определить, как воспользоваться квантовым свойством атомов: способностью существовать в двух состояниях одновременно.

Михаил на пальцах объясняет суть своей работы

Способность находиться в двух состояниях одновременно является ключевым принципом квантовых компьютеров. В отличие от традиционных компьютеров, которые записывают биты информации в состояниях нуль или единица, квантовые компьютеры, используют свойства атомов, чтобы записывать два значения сразу.

По замыслу, это свойство позволит им выполнять несколько вычислений параллельно, что сделает их значительно более мощными, чем традиционные компьютеры, которые выполняют операции в определенной последовательности.

Руководитель научной группы, создавшей кубит, работающий при комнатной температуре, — выпускник МФТИ Михаил Лукин, профессор физики Гарвардского университета, содиректор Гарвардского центра квантовой оптики, содиректор Центра ультрахолодных атомов Гарварда-MIT. Участвует в международном консультативном совете Российского квантового центра, резидента Фонда «Сколково».

Автор: sergeykalenik