Cercetătorii de la Harvard au realizat un punct de reper important în căutarea unui calcul cuantic stabil și scalabil, o tehnologie ultra-rapidă care va permite progrese revoluționare în diverse domenii, inclusiv medicină, știință și finanțe.

Echipa, condusă de Mikhail Lukin, profesor universitar Joshua și Beth Friedman în fizică și co-director al Harvard Quantum Initiative, a creat primul procesor cuantic logic programabil, capabil de a codifica până la 48 qubiți logici și de a executa sute de operații cu porți logice, o îmbunătățire semnificativă față de eforturile anterioare.

Lucrarea, publicată în Nature, a fost efectuată în colaborare cu Markus Greiner, profesor de fizică George Vasmer Leverett; colegi de la MIT; și QuEra Computing, o companie din Boston fondată pe tehnologie derivată din laboratoarele Harvard.

Sistemul este prima demonstrație a executării algoritmilor la scară largă pe un calculator cuantic cu erori corectate, anunțând adventul calculului cuantic tolerant la erori sau neîntrerupt.

Lukin a descris realizarea ca un punct de inflexiune posibil similar cu primele zile în domeniul inteligenței artificiale: ideile de corectare a erorilor cuantice și toleranță la erori, teoreticizate de mult, încep să dea roade.

„Cred că acesta este unul dintre momentele în care este clar că ceva foarte special este pe cale să apară”, a spus Lukin.
„Deși mai sunt provocări de depășit, ne așteptăm ca această nouă avansare va accelera foarte mult progresul către calculatoare cuantice scalabile și utile.”

Denise Caldwell de la National Science Foundation este de acord.

„Această descoperire este o capodoperă a ingineriei și proiectării cuantice”,

a declarat Caldwell, director adjunct interimar al Direcției Științelor Matematice și Fizice, care a susținut cercetarea prin programele Centrelor Frontaliere ale Fizicii NSF și Institutelor Provocarea Saltului Cuantic.

„Echipa nu numai că a accelerat dezvoltarea procesării informației cuantice folosind atomi neutri, dar a deschis și o nouă ușă pentru explorarea dispozitivelor cu qubiți logici la scară largă, care ar putea permite beneficii transformative pentru știință și societate în ansamblu.”

A fost un drum lung și complex.

În calculul cuantic, un bit cuantic sau „qubit” este o unitate de informații, la fel ca un bit binar în calculul clasic. De mai bine de două decenii, fizicienii și inginerii au arătat lumii că calculul cuantic este, în principiu, posibil manipulând particule cuantice – fie atomi, ioni sau fotoni – pentru a crea qubiți fizici.

Dar exploatarea cu succes a ciudățeniei mecanicii cuantice pentru calcul este mai complicată decât simpla acumulare a unui număr suficient de qubiți, care sunt în mod inerent instabili și susceptibili să se prăbușească din stările lor cuantice.

Realele monede ale tărâmului sunt așa-numiții qubiți logici: pachete de qubiți fizici redundanti și corectați de erori, care pot stoca informații pentru a fi utilizate într-un algoritm cuantic. Crearea de qubiți logici ca unități controlabile – ca bitii clasici – a fost un obstacol fundamental pentru domeniu, și este general acceptat că până când calculatoarele cuantice pot funcționa fiabil pe qubiți logici, tehnologia nu poate decola cu adevărat.

Până în prezent, cele mai bune sisteme de calcul au demonstrat unul sau două unități de qubiți logici și o operație de poartă cuantică – similară cu doar o unitate de cod – între ele.

Descoperirea echipei Harvard se bazează pe mai mulți ani de muncă pe o arhitectură de calcul cuantic cunoscută sub numele de matrice de atomi neutri, pionierată în laboratorul lui Lukin. Este acum comercializată de QuEra, care a încheiat recent un acord de licențiere cu Biroul de Dezvoltare Tehnologică al Harvard pentru un portofoliu de brevete bazat pe inovațiile dezvoltate de grupul lui Lukin.

Componenta cheie a sistemului este un bloc de atomi de rubidiu ultra-recei, suspendați în aer, în care atomii – qubiți fizici ai sistemului – se pot mișca și pot fi conectați în perechi – sau „entangled” – în timpul calculului.

Perechile entangled de atomi formează porți, care sunt unități de putere de calcul. Anterior, echipa a demonstrat rate scăzute de erori în operațiile lor de entangled, dovedind fiabilitatea sistemului lor de matrice de atomi neutri.

Cu procesorul lor cuantic logic, cercetătorii demonstrează acum control paralel, multiplexat al unei întregi zone de qubiți logici, folosind lasere. Acest rezultat este mai eficient și scalabil decât a trebui să controlezi qubiți fizici individuali.

„Încercăm să marcăm o tranziție în domeniu, către începutul testării algoritmilor cu qubiți corectați de erori în loc de qubiți fizici și să permitem o cale către dispozitive mai mari”,

a declarat autorul principal al articolului, Dolev Bluvstein, student doctorand în cadrul Școlii de Arte și Științe Griffin din laboratorul lui Lukin.

Echipa va continua să lucreze pentru a demonstra mai multe tipuri de operații pe cei 48 de qubiți logici ai lor și pentru a configura sistemul lor pentru a funcționa continuu, spre deosebire de ciclul manual pe care îl face acum.

Lucrarea a fost susținută de Defense Advanced Research Projects Agency prin programul Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum devices; Center for Ultracold Atoms, un National Science Foundation Physics Frontiers Center; Army Research Office; joint Quantum Institute/NIST; și QuEra Computing.

sursa: https://news.harvard.edu/