Shunkai представляет собой полностековую систему, включающую все необходимые компоненты программного обеспечения, управления и аппаратного обеспечения для взаимодействия с пользователями — аналогично обычному компьютеру, но с квантовыми возможностями.
Квантовые компьютеры функционируют по парадоксальным законам квантовой физики. В отличие от традиционных компьютеров, где биты могут принимать значения 0 или 1, кубиты способны находиться в состоянии суперпозиции, охватывающем оба состояния одновременно. Однако кубиты весьма уязвимы — даже малейшее влияние внешней среды может разрушить информацию, содержащуюся в них. Частота ошибок в кубитах составляет примерно 1 на 1000 операций, в то время как в классических компьютерах этот показатель равен 1 на миллиард или даже триллион.
По этой причине значительное количество исследований сосредоточено на коррекции квантовых ошибок. Эта проблема, совместно с необходимостью создания сложных систем охлаждения, так как большинство квантовых компьютеров применяют сверхпроводящие цепи, требующие крайне низких температур для функционирования, делает квантовые системы неприменимыми вне тщательно отлаженных лабораторных условий.
Shunkai, названный в честь японского астронома XVII века Харуми Сибукавы, преодолевает по крайней мере некоторые из этих ограничений. Вместо сверхохлажденных цепей данная система использует нейтральные атомы в качестве кубитов, которые фиксируются и удерживаются с помощью «оптических пинцетов» — плотно сфокусированных лазерных лучей. Они захватывают атомы и размещают их внутри вакуумной камеры, а для манипуляции квантовыми состояниями атомов и выполнения вычислений используются микроволновое излучение или лазерный свет.
Главным преимуществом Shunkai является возможность работы системы при комнатной температуре. Поскольку расположение кубитов в системах на нейтральных атомах можно точно регулировать в процессе вычислений, специалисты могут также управлять тем, какие кубиты взаимодействуют между собой, создавая запутанность — уникальное состояние обмена информацией между частицами в пространственно-временных рамках — между отдельными парами.
Система будет частично доступна внешним специалистам, которые смогут разрабатывать приложения и тестировать возможности квантовой коррекции ошибок. Shunkai начнет с 50 кубитов, а затем расширится до 500. Долгосрочная цель значительно амбициознее: к марту 2031 года команда нацелена на создание «крупномасштабного высокопроизводительного отказоустойчивого квантового компьютера на нейтральных атомах с 10 000 физических кубитов и функциями обнаружения и исправления квантовых ошибок».
«Квантовые компьютеры на основе нейтральных атомов в последнее время активно привлекают внимание во всем мире как новая технология, способная преодолеть ограничения сверхпроводящей модальности», — говорит руководитель проекта Кэндзи Омори, профессор института молекулярных наук.
Фото: hi-tech.mail.ru