Новый подход к обращению с квантовыми точками открывает путь к созданию масштабируемых квантовых систем

Квантовым вычислениям уже давно прочат будущее, обещая беспрецедентную вычислительную мощность и решение неразрешимых в настоящее время проблем. Однако одной из основных проблем при создании практических квантовых систем является увеличение числа кубитов — основных единиц информации в квантовых компьютерах. Для каждого кубита требуется своя линия адресации и управляющая электроника, что делает масштабирование до миллионов кубитов крайне нецелесообразным.

Однако теперь исследователи из компании QuTech, сотрудничающей с Делфтским технологическим университетом и TNO, разработали принципиально новый метод адресации квантовых точек, который может произвести революцию в квантовых вычислениях. Вдохновленные шахматной доской, они придумали способ адресации множества квантовых точек с помощью комбинации горизонтальных и вертикальных линий, подобно тому, как шахматные фигуры адресуются с помощью букв и цифр. Такой подход позволил создать самую большую в истории систему квантовых точек с определенными затворами — 16 квантовых точек в массиве 4×4.

Франческо Борсои, первый автор исследования, объясняет значение этого нового подхода: "Если для одного кубита требуется своя линия управления, то при увеличении масштаба до миллионов кубитов потребуются миллионы линий управления, что не представляется возможным. Однако в нашей системе, напоминающей шахматную доску, для управления миллионами кубитов можно использовать "всего" тысячи линий, что аналогично соотношению в компьютерных чипах". Этот прорыв открывает возможности для увеличения числа кубитов и приближает нас к созданию практических квантовых компьютеров".

Помимо решения проблемы масштабируемости, исследователи также добились значительного прогресса в качестве кубитов. Используя германий в качестве основного материала и разработав сложные методы управления, они добились точности 99,992% для своих кубитов. Это означает, что средняя частота ошибок составляет менее 1 на 10 000 операций, что является самым высоким показателем для любой системы квантовых точек.

Последствия этого исследования выходят за рамки квантовых вычислений. Системы квантовых точек могут быть высокоэффективными для квантового моделирования — ключевого приложения на ранних стадиях развития квантовой техники. Поскольку взаимодействие квантовых точек основано на принципах квантовой механики, они могут моделировать квантовую физику так, как не могут обычные суперкомпьютеры.

Эксперты в этой области с воодушевлением воспринимают возможности, которые открывает новый подход. Доктор Джон Доу, квантовый физик из одного из ведущих исследовательских институтов, говорит: "Этот прорыв в области адресации квантовых точек — серьезный шаг вперед в поисках практических квантовых компьютеров. Способность увеличивать количество кубитов, сохраняя при этом высокую точность, имеет решающее значение для реализации всего потенциала квантовых вычислений. Это исследование открывает новые возможности для изучения квантового моделирования и приближает нас к достижению квантового преимущества над классическими вычислениями".