Kvantový záznam rozbil, když vědci staví mammoth 6 000 qubitů-a funguje to na pokojové teplotě
Vědci v Caltech provedli rekordní experiment, ve kterém synchronizovali 6 100 atomů v kvantovém poli. Tento výzkum by mohl vést k robustnějším kvantovým počítačům odolným proti poruchám.
V experimentu použili párové neutrální atomy jako Kvantové bity (qubits) v systému a držel je ve stavu „superpozice“ pro provádění kvantových výpočtů. Aby toho dosáhli, vědci rozdělili laserový paprsek do 12 000 „laserových pinzety“, které společně držely 6 100 qubits.
Jak je popsáno v nové studii zveřejněné 24. září v časopise PřírodaVědci nejen vytvořili nový rekord pro počet atomových qubitů umístěných v jednom poli – také prodloužili délku koherence „superpozice“. Toto je doba, kdy je atom k dispozici pro výpočty nebo kontrolu chyb v kvantovém počítači-a zvýšili toto trvání od několika sekund na 12,6.
Studie představuje významný krok k velkému měřítku Kvantové počítače schopné technologických výkonů daleko za ty dnešní nejrychlejší superpočítačeVědci uvedli ve studii. Dodali, že tento výzkum představuje klíčový milník ve vývoji kvantových počítačů, které používají architekturu neutrálního atomu.
Tento typ qubit je výhodný, protože může pracovat při teplotě místnosti. Nejběžnější typ qubits, vyrobených z supravodivých kovů, potřebuje drahé a těžkopádné vybavení, aby systém ochladil na teploty na teplotě blízko Absolutní nula.
Cesta k kvantové výhodě
Jeho široce věřil že vývoj užitečných kvantových počítačů bude vyžadovat systémy s miliony qubits. Je to proto, že každý funkční qubit potřebuje několik qubits s opravovanými chybami poskytnout toleranci poruch.
Qubits jsou ze své podstaty „hlučné“ a mají tendenci se snadno dekokovat, když čelí vnějším faktorům. Jakmile jsou data přenášena kvantovým obvodem, tato dekoherence je narušuje, což činí data potenciálně nepoužitelná. Aby vědci čelili tomuto šumu, musí vědci vyvinout techniky tolerance chyb v tandemu s metodami expanze qubit. To je důvod, proč se dosud dostalo obrovské množství výzkumu Korekce kvantové chyby (QEC).
Mnoho dnešních systémů je považováno za funkční, ale většina by nesplnila minimální prahovou hodnotu pro užitečnost ve vztahu k superpočítači. Kvantové počítače postavené IBM, Google a MicrosoftNapříklad úspěšně překonali klasické počítače a prokázali, co se často označuje jako „kvantová výhoda“.
Tato výhoda však byla do značné míry omezena na výpočetní problémy, které jsou navrženy tak, aby předvedly schopnosti konkrétní architektury – nikoli praktické problémy. Vědci doufají, že kvantové počítače se stanou užitečnějšími, protože se zmenšují velikosti a protože chyby, které se vyskytují v qubits, jsou spravovány lépe.
„Je to vzrušující okamžik pro kvantové výpočetní techniky neutrálního atomu,“ řekl autor vedoucího Manuel se změníProfesor fyziky v Caltech a hlavním vyšetřovatelem ve výzkumu v a prohlášení. „Nyní můžeme vidět cestu k velkým kvantovým počítačům s velkými chybami. Stavební bloky jsou na svém místě.“
Pozoruhodnější než naprostá velikost pole qubit jsou techniky používané k tomu, aby se systém škálovatelný, uvedli vědci ve studii. Vyladili předchozí úsilí o přibližně desetinásobné vylepšení v klíčových oblastech, jako je koherence, superpozice a velikost pole. Ve srovnání s předchozím úsilím se zmenšili ze stovek qubitů v jednom poli na více než 6 000 při zachování přesnosti 99,98%.
Také předvedli novou techniku pro „Shuttling“ pole pohybem atomů stovky mikrometrů přes pole bez ztráty superpozice. Je možné, že s dalším vývojem by mohlo použití raketoplánu poskytnout novou dimenzi okamžité korekce chyb, uvedli.
Další kroky týmu zahrnují propojení atomů dohromady v poli prostřednictvím stavu kvantové mechaniky zvané Entanglement, což by vedlo k úplným kvantovým výpočty. Vědci doufají, že využijí zapletení, aby vyvinuli silnější metody odolnosti proti chybám s ještě přesnější korekce chyb, dodali. Tyto techniky by se mohly ukázat jako zásadní pro dosažení dalšího milníku na cestě k užitečným kvantovým počítačům odolným proti poruchám.
