Фотонная революция: новая система закладывает основу для масштабируемых квантовых суперкомпьютеров
Новая разработка американских ученых позволит радикально сократить время, необходимое для выполнения некоторых расчетов, — с нескольких тысяч лет до часов. Созданный ими оптический резонатор позволяет эффективно собирать отдельные фотоны, испускаемые атомами, которые действуют как кубиты в квантовом компьютере. Этот подход впервые позволяет одновременно считывать информацию со всех кубитов системы, открывая путь к созданию масштабируемых квантовых сетей.
Атомы традиционно не являются идеальными источниками света для чтения: они излучают фотоны медленно и во всех направлениях. Оптический резонатор, состоящий из отражающих поверхностей, улучшает взаимодействие с атомом и направляет излучение в нужном направлении. Однако группа физиков из Стэнфордского университета пошла еще дальше, добавив микролинзы к каждому резонаторукоторые фокусируют свет непосредственно на отдельном атоме. Количество отражений уменьшается, но сбор квантовой информации становится гораздо более эффективным.
«Мы разработали новую архитектуру резонатора; это уже не просто два зеркала», — объясняет Адам Шоу, ведущий автор статьи. – «Мы надеемся, что это позволит нам создать гораздо более быстрые распределенные квантовые компьютеры, которые смогут общаться на гораздо более высоких скоростях.
В отличие от классических компьютеров, где биты представляют собой 0 или 1, кубиты могут находиться в суперпозиции обоих состояний одновременно, что позволяет квантовым машинам гораздо быстрее решать некоторые сложные задачи (например, моделирование молекул или факторизацию больших чисел). Однако, чтобы превзойти суперкомпьютеры, необходимы миллионы кубитов, для чего, вероятно, потребуется объединение в сеть множества квантовых компьютеров. Разработанная платформа параллельного интерфейса на основе массивов резонаторов открывает путь к такому масштабированию.
Исследователи уже продемонстрировали массив из 40 атомных резонаторов и прототип с 500 резонаторами, планируя системы из десятков тысяч элементов. В будущем они видят квантовые дата-центры, в которых каждый квантовый компьютер будет оснащен сетевым интерфейсом в виде массива резонаторов. Это позволит им объединиться в мощные квантовые суперкомпьютеры.
Достижение этой цели требует серьезных инженерных решений, но потенциальные выгоды огромны, говорят ученые. Нас ждут прорывы в материаловедении, химическом синтезе, криптографии, микроскопии и астрономии.
