Разработан квантовый компьютер в формате конструктора LEGO
Квантовые компьютеры оперируют миллионами информационных единиц, называемых кубитами. Однако построить монолитную систему с таким количеством кубитов чрезвычайно сложно — чем больше система, тем выше вероятность возникновения в ней ошибок и сбоев. Ученые из Колледжа инженерии Грейнджера Иллинойсского университета в Урбана‑Шампейн предложили элегантное решение: создавать небольшие модули высокого качества и соединять их между собой — так же, как дети собирают сложные конструкции из пластиковых деталек конструктора LEGO.
«Мы создали удобный для инженеров способ достижения модульности с помощью сверхпроводящих кубитов», — объясняет руководитель работы Вольфганг Пфафф. «Обычно мы узнаем, что что-то пошло не так, только после сборки. Поэтому нам очень важно иметь возможность перенастраивать систему постфактум».
Команда ученых соединила два квантовых устройства сверхпроводящими коаксиальными кабелями, связав таким образом кубиты, которые находятся в разных модулях. Результаты превзошли ожидания: точность операций достигла примерно 99%, то есть при передаче между модулями теряется менее 1% информации. Это сопоставимо с качеством работы монолитных систем, но с важным преимуществом — такую конструкцию можно при необходимости разбирать и перенастраивать, причем делать это столько раз, сколько нужно.
Модульный подход открывает перед специалистами множество преимуществ. Во-первых, он позволяет масштабировать системы, добавляя новые модули по мере необходимости. Во-вторых, становится гораздо проще обслуживание таких систем — вместо того, чтобы менять весь сложный и дорогостоящий компьютер можно заменить только один модуль — именно тот, который пришел в негодность. В-третьих, конфигурацию системы становится легко менять, создавая из модулей специализированные устройства для решения самых разных задач.
«Мы хотели найти инженерно удобный способ соединять модули, чтобы можно было создавать запутанные состояния и управлять кубитами с разных устройств. При этом нам было важно, чтобы систему можно было потом разъединить и перестроить заново», — отметил Пфафф. Это свойство модульности ученые считают ключевым преимуществом по сравнению с цельными процессорами.
Следующая цель ученых — проверить, можно ли соединить таким образом не два, а больше устройств, сохранив при этом их точность и возможность обнаруживать ошибки в работе. Если эксперименты будут успешными, это приблизит создание масштабируемых и устойчивых квантовых компьютеров, которые смогут обрабатывать сложные задачи в науке и технологиях.
