Прототипи на квантови компютри вече съществуват, но за да бъде реализиран наистина пълния им потенциал, те трябва да бъдат значително усъвършенствани и стабилизирани. В тази връзка, екип от изследователи от IBM току-що обяви важна стъпка към постигането на тази цел.
Подобрението засяга т.нар. съединяващи елементи за дълги разстояния (L-съединители), които свързват кубитите помежду им. Кубитите са сърцевината на квантовите компютри и за разлика от конвенционалните битове, които са в основата на класическото изчисление, те не са ограничени до двоично състояние 1 или 0. Увеличаването на мащаба на квантовите компютри чрез свързване на множество чипове с L-съединители има по-голям практичен смисъл, отколкото опитът да се съберат все повече кубити на един и същ микрочип. Но съединителите трябва да са способни да пренасят крехката квантова информация на много големи разстояния в квантови мащаби – в този случай става дума за 80 сантиметра.
В този случай изследователите са свързали два чипа с по 120 кубита чрез четири L-съединителя, изработени от свръхпроводящ алуминий, като постигнаха средна точност на преноса от 99%, с максимална стойност от 99,29%. Това е важен тест за този вид многоканална конфигурация, като големите квантови чипове понастоящем са способни да прехвърлят данни по няколко маршрута.„През следващите години квантовите компютри ще се разраснат значително както по отношение на сложността на процесорите, така и по отношение на броя на модулите.Такива машини ще се нуждаят от много номинално идентични връзки между модулите. Ние представяме практически подход за реализиране на множество L-съединителни елементи между процесори с голям брой кубити, след като модулите бъдат монтирани в криостат.“
пишат изследователите в статията си
Свързване на два квантови чипа с помощта на четири L-съединителя
Ако класическите битове могат да бъдат една от двете страни на монета, то кубитите могат да бъдат едновременно и двете, или да се въртят между двете състояния, докато не бъдат измерени, което води до експоненциално увеличение на изчислителната мощност. Това, което L-съединителите предават тук са квантовите състояния на кубитите или техните свойства на въртене.
Екипът също така наблюдава, че кабелите им губят много малко енергия при употреба, остават в работно състояние през три цикъла на загряване и охлаждане и могат също така да предават заплитане между двата чипа.
„Доколкото ни е известно, това е първата демонстрация на многоканална квантова връзка между свръхпроводящи процесори с големи кубити и тя утвърждава представената тук комбинирана технология с L-съединители като жизнеспособен градивен елемент за мащабиране на модулни системи.“
пишат изследователитеIBM залага изцяло на модулния подход към квантовите изчисления. Демонстрираните тук кубити и L-съединители са предназначени за инсталиране в криогенни системи, подобни на хладилници, които компанията представи още през август. Тези устройства могат да поддържат кубитите при ултраниските температури, необходими за квантовите изчисления, и сега имаме много по-добра представа за това как тяхната вътрешна електронна инфраструктура ще работи на практика.
Крайната цел е да се свържат стотици квантови чипове в тези криогенни модули, охладени до температури, които са 180 пъти по-ниски от тези в дълбокия космос и на тази основа да се създаде първият в света квантов компютър с устойчивост на грешки до 2029 година.„Успешното свързване и функциониране на тези криогенни модули бележи скок напред в тази посока и ще ускори нашия напредък, успоредно с непрекъснатите иновации в квантовия хардуер, софтуер и алгоритми.“
казва Джей Гамбета, директор на IBM Research, който не е участвал пряко в проучванетоТова е стъпка в правилната посока за тези квантови изчислителни системи, макар че все още има много работа за вършене. Изследователите забелязаха магнитни смущения, които засягаха качеството на сигнала; например, ще са необходими допълнителни подобрения в ефективността, преди тези L-съединители да бъдат действително готови за употреба. Има зашеметяващ брой фактори, които трябва да се вземат предвид при разработването на квантовите изчисления – от пренос на информация и корекция на грешки до скорост на изчисленията и практически аспекти на хардуера, но всяка стъпка като тази ни приближава към изчислителната мощност на следващото поколение.
„Тези четири L-съединителя с висока точност проправят практически път към мащабируеми квантови връзки за модулни квантови изчисления.“
пишат изследователитеИзследването на учените от IBM все още не е преминало през рецензиране, но предварителна версия е достъпна в arXiv.