|
Теперь крохотный квантовый «холодильник» сможет гарантированно обеспечить безопасность вычислений квантового компьютера, не требуя при этом ни контроля, ни нового оборудования. Крошечное охлаждающее устройство позволяет в автоматическом режиме перезапускать неисправные компоненты квантовой системы. Ученые утверждают, что манипулируя теплом можно создать и другие автономные квантовые устройства.
Квантовый компьютер впервые получил систему автоматической коррекции ошибок
Квантовые компьютеры пока не могут заменить классические машины, поскольку совершают слишком много ошибок. Так, например, если кубиты - важнейшие «элементы» этого типа компьютеров - случайно нагреваются и становятся слишком энергичными, они могут перейти в некорректное состояние еще до начала вычислений. Один из способов «вернуть» кубиты в надлежащее состояние - охладить их. Специалисты Симоне Гаспаринетти из Технологического университета Чалмерса в Швеции и его команда впервые смогли выполнить эту задачу с помощью автономного квантового «холодильника».
Исследователи создали два кубита и один «кутрит» - квантовую ячейку способную хранить более сложную информацию (три возможных состояния), чем кубиты - из крошечных сверхпроводниковых схем. Кутрит и один из кубитов стали своеобразным холодильником для второго целевого кубита, который потенциально может быть использован для вычислений. Авторы проекта тщательно рассчитали процесс взаимодействия между тремя компонентами. Когда целевой кубит получает избыточную энергию, что приводит к ошибкам, тепло от него автоматически отводится к двум другим элементам. В результате температура целевого кубита снижалась, и он возвращался в исходное состояние. Поскольку этот процесс был автономным, «хладоустановка» из кубита и кутрита устраняла ошибки без какого-либо внешнего вмешательства.
По словам Аамира Али (также сотрудника Технологического университета Чалмерса), такой подход к перезагрузке кубита не требует создания дополнительного оборудования по сравнению с традиционными методами - и дает более высокие результаты. Без существенной модификации квантовой системы или подключения новых устройств исходное состояние кубита оказывалось верным в 99,97 процента случаев. В то время как другие методы перезапуска обычно обеспечивают лишь 99,8 %, утверждает эксперт.
По словам Николь Юнгер Халперн из Национального института стандартов и технологий в Мэриленде, принимавшей участие в этом проекте, это яркий пример того, как термодинамические машины, работающие с теплом, энергией и температурой, могут быть эффективны в квантовой отрасли. В свое время термодинамические системы, например, тепловая машина, стали причиной настоящей индустриальной революции, а вот квантовая термодинамика до сих пор не имела практического применения. «Меня интересует, как заставить квантовую термодинамику служить на пользу людям. Этот, пожалуй, самый простой и эффективный автономный квантовый холодильник - наш первый тому пример», - говорит Юнгер Халперн.
«Приятно видеть эту машину воплощенной в жизнь и весьма практичной. Тот факт, что она автономна, то есть не требует какого-либо вмешательства извне, должен сделать ее эффективным и универсальным инструментом», - считает Николя Бруннер из Женевского университета в Швейцарии.
В свою очередь, Михал Городецкий из Гданьского университета в Польше заявил, что одна из самых актуальных проблем для квантовых систем, построенных на основе сверхпроводящих цепей, - это обеспечение того, чтобы они не перегревались и не совершали ошибок. По его словам, новый эксперимент открыл путь для реализации многих подобных проектов, которые были предложены ранее, но так и не были опробованы. Например, использование кубитов для создания автономных квантовых двигателей.
В настоящее время исследователи работают над усовершенствованием своего эксперимента. В частности, они планируют построить автономные квантовые часы или спроектировать квантовый компьютер с иным функционалом, который будет автоматически управляться за счет перепада температур. |
|
|
□