Исследователи Массачусетского технологического института разработали новую архитектуру кубита — базового элемента квантового компьютера. Она позволяет кубитам быстрее взаимодействовать друг с другом, сохраняя устойчивость. Разработка в перспективе может помочь создать квантовые компьютеры для выполнения длительных и сложных алгоритмов с высокой точностью.
Обычно кубиты хранят данные, а операции и обмен информацией обеспечивают другие электронные компоненты. При этом квантовые состояния крайне чувствительны к внешним воздействиям и ошибкам. При объединении большого числа кубитов информация может теряться, из-за чего систему приходится перезапускать.
Специалисты MIT предложили конструкцию из двух связанных частей: одна отвечает за хранение данных, другая — за взаимодействие с остальными кубитами и элементами схемы. Вторую часть назвали «кубитом с рукой», поскольку она соединяет систему с другими компонентами. Такой подход должен снизить число ошибок и увеличить количество вычислений, выполняемых за одинаковое время.
Для связи двух режимов ученые применили ранее созданный квартоный связующий элемент — устройство, обеспечивающее сильную нелинейную связь. Она уменьшает нежелательное смешивание состояний и позволяет проводить операции до потери квантового состояния быстрее. Резонатор в этой схеме используется для считывания результатов, то есть преобразования состояния квантовой системы в обычное значение.
Как сообщает MIT, компьютерное моделирование показало, что новая архитектура превосходит другие сверхпроводниковые кубиты по времени сохранения квантового состояния, скорости операций и считывания данных. Авторы считают, что эти свойства могут ускорить развитие квантовой коррекции ошибок. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Applied.
Следующим этапом станет изготовление такого кубита и проверка его характеристик в реальных квантовых системах. Руководитель работы Кевин О’Брайен отметил, что результаты моделирования выглядят многообещающе, однако их необходимо подтвердить экспериментально. Исследование частично финансировали Управление армейских исследований США, Управление научных исследований ВВС США, Центр квантовой инженерии MIT и Лаборатория физических наук.