Самая большая проблема при разработке квантового компьютера состоит в магнитном и электрическом шуме, который нарушает квантовый эффект, поэтому процессор QPU (блок квантовой обработки) охлаждается до минимально возможной температуры, чуть выше абсолютного нуля -273. градусов. Это происходит в криостате, который можно увидеть на снимке. Процессор расположен в нижней части криостата.
Фото: Ола Дж. Йоэнсен, NBI.

«Мы предлагаем совершенно другой подход. Вместо того, чтобы избавляться от шума, мы используем непрерывное наблюдение за шумом в режиме реального времени и адаптируем систему по мере происходящих изменений в окружающей среде», — говорит доктор философии, ведущий исследователь NBI Фабрицио Берритта.

Для ускорения были использованы программируемая пользователем вентильная матрица и машинное обучение. Идея состоит в том, чтобы проводить измерения и анализ в одном и том же микропроцессоре, который настраивает систему в реальном времени. В противном случае схема не будет достаточно быстрой для приложений квантовых вычислений.

Количество информации, содержащейся в кубите, будет увеличиваться экспоненциально с увеличением количества квантовых свойств, которыми можно управлять, что, возможно, приведет к появлению компьютеров, которые однажды станут умопомрачительно более мощными, чем обычные компьютеры. Краеугольным камнем квантовой механики является то, что элементарные частицы имеют не только массу и заряд, но и спин. Еще один ключевой термин — запутанность. Здесь две или более частицы взаимодействуют таким образом, что квантовое состояние одной частицы не может быть описано независимо от состояния другой(их).

Кубит — это усовершенствованный квантовый компьютер, эквивалентный биту. Кубит проекта состоит из двух электронов, запертых в кристалле. Спином электронов (здесь один имеет спин вниз, другой вверх) можно управлять, изменяя градиент магнитного поля ΔBz. Однако на этот градиент влияют как магнитные, так и электрические шумы. Микропроцессор FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица) непрерывно измеряет уровень шума и адаптируется к изменениям в режиме реального времени.
Фото: Nature Communications (2024 г.). DOI: 10.1038/s41467-024-45857-0

Как и другие спиновые кубиты, синглет-триплетный кубит уязвим даже к небольшим возмущениям в окружающей среде. Физики используют термин «шум», который не следует понимать буквально как акустический шум. Что касается квантовых систем, возмущения, такие как флуктуации электрического или магнитного поля, могут испортить интересующее квантовое состояние.

«Следующим шагом для нас будет применение нашего протокола к системам из разных материалов и с более чем одним кубитом», — говорит Берритта. «Я не могу сказать, когда мы увидим первый по-настоящему полезный квантовый компьютер. Возможно, лет через 10».