Создан первый твердотельный квантовый процессор

Группа исследователей из США, Канады и Австрии сконструировала сверхпроводниковую интегральную схему с двумя кубитами.


Квантовый процессор (фото Блэйка Джонсона)

"Наш процессор может производить лишь несколько самых простых операций, выполнение которых ранее уже было реализовано на отдельных ядрах, атомах и фотонах, — говорит один из авторов работы Роберт Шолкопф (Robert Schoelkopf) из Йельского университета (США). — Но теперь за выполнение этих задач отвечает электронное устройство, которое во многом напоминает обычный микропроцессор".

Каждый из созданных кубитов представляет собой микроскопическую частицу сверхпроводника (ниобиевой пленки на подложке из оксида алюминия) и может находиться в двух энергетических состояниях. Элементы хранения квантовой информации соединяются с микроволновым резонатором, который позволяет управлять переходами между их состояниями путем подачи импульсов определенных частот, соответствующих частотам перехода; исследователям удалось добиться того, что квантовое состояние кубитов длится довольно долгое время (одну микросекунду). Кубиты сообщаются между собой с помощью "квантовой шины" (фотонов, передающих информацию по проложенным соединениям). По напряжению на выходе резонатора можно судить о состоянии квантовых разрядов; предложенная схема также позволяет изменять частоты перехода кубитов в широких пределах.

На базе такого процессора, как показали авторы, можно реализовать квантовые алгоритмы Гровера (быстрого поиска в неупорядоченной базе данных) и Дойча-Джоза (определения того, принимает ли функция значения 0 либо 1 при любых аргументах, или для половины области определения она принимает значение 0, а для другой половины — 1).

В будущем исследователи планируют увеличить продолжительность сохранения кубитом квантового состояния, что позволит реализовать более сложные алгоритмы, а также увеличить количество задействованных кубитов — и поднять вычислительную мощность процессора. "Конечно, до создания полноценного квантового компьютера еще далеко, но мы сделали важный шаг к этому", — резюмирует г-н Шолкопф.

Полная версия отчета будет опубликована в журнале Nature; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.