Создан первый твердый квантовый процессор, Hi-Tech

Схема реализации сверхпроводникового кубита. Иллюстрация с сайта aps.org

Ученым удалось создать первый твердый квантовый процессор. Предыдущие модели представляли собой, например, ионы, размещенные в магнитных ловушках, в то время как новая модель напоминает существующие полупроводниковые микрочипы. Об этом сообщает Nature News, а статья исследователей появилась в журнале Nature.

В рамках работы исследователи создали устройство, состоящее из двух кубитов - квантовых аналогов бита, способных находиться не только в состоянии нуль или один, но и в их суперпозиции. Работа кубитов, разделенных специальным зазором, контролировалась при помощи источника микроволнового излучения.

В исследовании использовались кубиты, которые представляют собой небольшие кусочки сверхпроводника, состоящего из тонкой пленки ниобия, нанесенной на пластину из оксида алюминия с щелью. Кодирование состояний подобного устройства осуществляется распределением так называемых куперовских пар - квазичастиц, состоящих из двух электронов. Функционируют подобные кубиты при температуре чуть выше абсолютного нуля (минус 273,15 градуса по Цельсию).

В рамках работы исследователи использовали пару кубитов, чтобы реализовать решения некоторых теоретических задач. Первое из них - алгоритм Гровера для поиска в неупорядоченной базе данных. Этот вероятностный (как и все квантовые) алгоритм ищет элемент в базе данных из N записей за kN^0.5 шагов, где k - некоторая константа. Примерно в 80 процентов случаев поиск оказывался успешным.

Кроме этого исследователи запускали на квантовом процессоре алгоритм Дойче-Джоза. Это теоретический алгоритм, который по данной последовательности нулей и единиц четной длины отвечает на вопрос: верно ли, что все значения в наборе нули, единицы или нулей и единиц одинаковое количество. При этом заранее известным полагается, что последовательность имеет один из трех данных видов. Этот алгоритм выдает ответ всего за один шаг, в то время как классический алгоритм требует 2^{n - 1} + 1 шагов, где n - длина последовательности.

Сами исследователи считают, что их устройство требует сложной системы охлаждения и использует всего два кубита, поэтому не может считаться полноценным квантовым компьютером. Однако они отмечают, что их процессор может рассматриваться как важный шаг на пути к практической реализации подобных устройств.