Российские ученые провели математическое моделирование, которое поможет в создании квантового компьютера, позволяющего быстро и эффективно выполнять различные вычисления. Исследование опубликовано в журнале Physical review A.
В классической вычислительной системе каждый элемент (бит) представляет собой либо 0, либо 1. Главная особенность квантового вычислителя заключается в том, что цепочки атомов, выступающие в роли квантовых битов (кубитов), находятся в состоянии квантовой суперпозиции. Это значит, что они являются одновременно и 0, и 1. Каждый атом выступает в качестве отдельного элемента квантового регистра информации. И для развития квантовых технологий и разработки квантового компьютера нужно создать те физические условия, в которых кубиты в течение длительного времени будут сохранять состояние квантовой суперпозиции. Это позволит манипулировать отдельными элементами квантового регистра и проводить квантовые вычисления.
Российские ученые провели математическое моделирование, которое описывает динамику отдельных атомов на квантовом уровне. Изучаемые атомы — элементы квантового регистра, создаваемого в лаборатории Центра квантовых технологий МГУ. Атомы химического элемента рубидия-87 при помощи магнитно-оптической ловушки охлаждались до низких температур. Методика оптического пинцета помогла выхватить одиночные атомы из магнитно-оптической ловушки. Затем ученые собирали их в упорядоченные структуры атомов. Такие структуры рассматриваются как материальная основа для квантовых регистров, а в будущем как основа для квантового компьютера.
«Главное достоинство нашей теории в том, что она позволяет проводить высокоточное и не требующее использования подгоночных параметров моделирование атомных систем, упреждая фактическую реализацию планируемых дорогостоящих экспериментов и давая для них ориентир», — говорит Леонид Герасимов, старший научный сотрудник лаборатории «Квантовая оптика и квантовая информатика» СПбПУ.
Исследователи стремились разработать математическую модель, способную учитывать большое количество физически значимых эффектов и наиболее точно описывать их. К примеру, информация на кубит записывается с помощью микроволнового импульса. Он должен отвечать определенным непростым требованиям (длительность, несущая частота). Кроме того, из-за остаточной температуры атом продолжает двигаться внутри оптического пинцета. Эти факторы приводят к разрушению квантового состояния атомов. Одной из основных задач был поиск оптимальных параметров эксперимента, которые позволили бы сохранить квантовое состояние атомов в течение большего времени. В настоящее время исследователи занимаются развитием как теории, так и эксперимента в направлении масштабирования квантовых регистров на большее количество кубитов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
