Современные реализации квантовых компьютеров похожи на люстры из хрома, хрусталя и золота — выглядит богато, но с практичной точки зрения никуда не годится. Подобные конструкции не поддаются масштабированию и крайне дороги как при изготовлении, так и в эксплуатации. Более перспективными представляются ловушки ионов (атомов, имеющих заряд), а также спиновые кубиты, которые можно создавать из одиночных электронов.
Источник изображения: Adam Mills, Princeton University
«Там, внизу, полно места», — говорил американский физик Ричард Фейнман о микроэлектронике. Спиновые кубиты на базе одиночных электронов представляется возможным масштабировать до тысяч и миллионов кубитов в одном квантовом процессоре, который не будет размерами с дом или занимать этаж и даже одну комнату. По этому пути, например, идёт компания Intel, другие компании и множество научных коллективов во всём мире. Каждая новая работа всё больше убеждает научный мир, что полупроводники и, в частности, кремний, дают надежду на появление квантовых процессоров на основе современной промышленной базы.
Новое исследование учёных из Принстонского университета показало, что оперирование спиновыми кубитами может достигать высочайшей точности, а именно — 99,8 %. Предыдущие работы показывали точность не выше 90 %, что сильно ограничивало квантовые расчёты и заставляло создавать сложные решения для компенсации погрешности. Физики из Принстонского университета создали схему, в которой пара электронов запутывалась и оставалась связанной в процессе операций над ними.
Благодаря системе электродов с помощью выверенных потенциалов учёные смогли сближать электроны в двух соседних квантовых точках и, тем самым, запутывать их — наделять одинаковой волновой (квантовой) функцией. Спины электронов действуют как магнитные диполи, выстраиваясь вдоль линий магнитного поля. Поскольку спин — это одна из квантовых характеристик электрона, он подчиняется законам квантовой физики. В данном случае, спин может находиться в состоянии суперпозиции — быть одновременно условными 0 и 1, что экспоненциально ускоряет расчёты.
Физики из Принстонского университета смогли на одном кремниевом устройстве подготовить пару таких кубитов, оперировать ими и считать состояния и всё это с невообразимой ранее точностью. Осталось только представить решение в большем масштабе, что, впрочем, потребует многих новых исследований.