Исследователи из России теоретически обосновали возможность разработки многоуровневого квантового процессора, основываясь на полярных молекулах, а не только на ионах или холодных атомах.
Это даст возможность ученым наиболее эффективно выполнять многокубитные операции и реализовывать сложные квантовые алгоритмы, сообщает пресс-служба Российского квантового центра (РКЦ).
«Мы продемонстрировали потенциальную применимость полярных молекул не только в роли отдельных носителей квантовой информации, но и как основу для масштабируемого квантового процессора. Мы разработали модель, в которой одна молекула может функционировать как система с несколькими логическими состояниями, и показали, как провести запутывающую операцию между двумя такими молекулами», — уточнил научный сотрудник РКЦ Солех Муминов.
Как объясняют ученые, имеется несколько платформ для создания подобных многоуровневых кубитов, включая ионы, холодные атомы или цепочки сверхпроводников. Российские ученые продемонстрировали, что для этих целей также можно использовать ультрахолодные полярные молекулы. Так химики и физики обозначают вещества, в которых одна часть имеет небольшой избыток положительного заряда, а другая — отрицательного, что связано с различиями в свойствах составляющих их атомов.
Благодаря этому, соседние полярные молекулы взаимодействуют друг с другом, что позволяет выполнять над ними квантовые операции. Исходя из этого, российские физики создали компьютерные модели двух квантовых вычислителей, основанных на двух различных полярных молекулах — фториде стронция и соединении цезия и натрия — и просчитали, какие операции можно осуществлять при их помощи.
Эти расчеты продемонстрировали, что обе молекулы можно использовать для выполнения универсального набора логических операций с кубитами и кудитами, обладающими тремя, четырьмя и пятью состояниями. При этом время выполнения квантовых операций оказалось на три порядка меньше типичного времени жизни этих квантовых ячеек памяти, что предоставляет много возможностей для проведения будущей экспериментальной проверки этой идеи.
«Используя многоуровневость ультрахолодных полярных молекул, мы показали, как можно выполнять запутывающие двухчастичные операции, а также продемонстрировали, как можно естественно и эффективно реализовывать более сложные многокубитные операции, ключевую составляющую многих квантовых алгоритмов. Это раскрывает потенциал ультрахолодных полярных молекул как кудитной вычислительной платформы», — подытожила эксперт научного проекта НИТУ МИСИС Анастасия Николаева.
О многоуровневых квантовых компьютерах
В последние годы ведущие участники мировой «квантовой гонки» активно разрабатывают не только классические квантовые компьютеры на базе кубитов, квантовых объектов с двумя энергетическими уровнями, но и более сложные квантовые структуры, которые физики называют кудитами. На их основе созданы самые мощные в России квантовые компьютеры, эквивалентные по мощности системам на базе 70 двухуровневых кубитов.
Фото: hi-tech.mail.ru