Программа Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) утверждает, что достигла крупного прорыва в области квантовых вычислений. Проект «Оптимизация шумящих промежуточных квантовых устройств» (ONISQ) создал первую в мире квантовую схему с логическими квантовыми битами (кубитами).
Квантовые вычисления основаны на некоторых, казалось бы, волшебных или безумных концепциях и могут произвести революцию в нашем понимании компьютеров. Используя квантовые эффекты и некоторые относительно сложные математические знания, квантовые вычисления могут увеличить скорость обработки информации на несколько порядков по сравнению с классическими вычислениями и способствовать развитию искусственного интеллекта, биохимии, криптографии и других областей.
Все это очень впечатляет, но на этом пути возникли спотыкания, поскольку вывести квантовые вычисления за пределы экспериментальной стадии оказалось довольно сложно. Частично причина в том, что квантовые вычисления имеют очень высокий уровень ошибок, что неудивительно, поскольку принципы квантовых вычислений основаны на том факте, что в отличие от двоичных единиц и нулей в классических вычислениях, что-то может быть единицей, нулем или одновременно единицей и нулем.
Хитрость заключается в том, чтобы найти способ сделать эти склонные к ошибкам или «шумящие» процессоры более практичными, объединив их с классическими системами. В случае DARPA это предполагает сосредоточение внимания на решении проблем оптимизации, возникающих в обороне и промышленности, путем разработки логических кубитов — абстракции более высокого уровня, которая действует как квантовый алгоритм и основана на кубитах Ридберга — физических компонентах, действующих как квантовые системы с двумя состояниями.
«Ридберговские кубиты обладают преимуществом единообразия свойств — это означает, что каждый кубит ведет себя неотличимо от другого», — сказал доктор Мукунд Венгалатторе, менеджер программы ONISQ в Управлении оборонных наук DARPA. «Это не относится к другим платформам, таким как сверхпроводящие кубиты, где каждый кубит уникален и, следовательно, не взаимозаменяем».
«Однородность ридберговских кубитов позволяет быстро масштабировать их, а также позволяет легко манипулировать ими и перемещать их с помощью лазеров в квантовых схемах. Это позволяет преодолеть нынешний подверженный ошибкам подход к выполнению операций с кубитами путем их последовательного соединения, тем самым распространяя ошибки по всему чипу. Теперь можно представить динамическую реконфигурацию кубитов на квантовых чипах, которая больше не ограничивается последовательным запуском квантовой схемы. Теперь мы можем использовать лазерный пинцет для создания целого сбор кубитов (всех кубитов) из одного места схемы в другое, выполнение операции, а затем возвращение их в исходное место. «Динамически реконфигурируемые и перемещаемые логические кубиты Редбурга открывают совершенно новые концепции и парадигмы для проектирования и создания масштабируемых процессоров квантовых вычислений».
В настоящее время DARPA соединило 48 логических кубитов, но для достижения уровня сложности, необходимого для практических квантовых компьютеров, необходимо гораздо больше. Однако это будет намного меньше, чем первоначально предполагалось, что миллионы кубитов потребуются для отказоустойчивого квантового компьютера.
«Если бы кто-то предсказал три года назад в начале программы ONISQ, что нейтральный атом Ридберга (возбужденный атом с одним или несколькими электронами с очень высоким главным квантовым числом) может служить логическим кубитом, никто бы в это не поверил», — сказал доктор Гвидо Зуккарелло, технический советник DARPA.
Это способ DARPA сделать ставку на потенциал этих менее изученных кубитов и более изученных ионных и сверхпроводящих цепей. В качестве исследовательской программы ONISQ дает исследователям возможность исследовать новые уникальные приложения, выходящие за рамки оптимизации. Таким образом, команда под руководством Гарварда смогла использовать больше потенциала этих кубитов Редбурга и преобразовать их в логические кубиты, что является очень важным открытием.