Исследователи из ETH Zurich под руководством профессора Тилмана Эсслингера продемонстрировали swap-вентиль — базовую квантовую операцию — одновременно для 17 000 пар кубитов. Точность: 99,91%. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Swap-вентиль меняет состояния двух кубитов местами. Грубо говоря, если у A было «0», а у B — «1», после операции всё перевернётся. Это ключевой строительный блок для маршрутизации квантовой информации внутри большого квантового компьютера.
Главная проблема нейтральных атомов в квантовых вычислениях — чувствительность к малейшим колебаниям лазерного излучения. Прежние подходы использовали туннельный эффект, который крайне зависим от стабильности лазера. ETH Zurich обошли это, применив геометрическую фазу вместо динамической.
Геометрическая фаза — свойство самого пути частицы в квантовом пространстве, а не результат внешних воздействий. Поэтому она почти не зависит от скорости манипуляций или флуктуаций лазера. Физики охладили атомы калия до сверхнизких температур и поместили их в оптическую решётку — искусственный кристалл из света. Поскольку атомы калия являются фермионами (частицами, которым запрещено находиться в одном квантовом состоянии), сближение их волновых функций автоматически порождает нужную геометрическую фазу.
Итог: вентиль срабатывает менее чем за миллисекунду и работает для всех 17 000 пар кубитов одновременно.
Исследователи уже показали, что могут реализовать «половинный» swap-вентиль, добавив столкновения между атомами. Такой вентиль запутывает кубиты квантово-механически — без этого квантовые алгоритмы не работают.
Следующий шаг — совместить систему с квантовым газовым микроскопом. Это позволит адресно обращаться к отдельным парам кубитов, а не только к массиву целиком. Масштабируемый, устойчивый к шуму вентиль с такой точностью — серьёзный аргумент в пользу нейтральных атомов как платформы для будущих квантовых компьютеров.
