Вчені американської компанії Atom Computing досягли значного прориву у світі квантових технологій. Вони розробили перший у своєму роді квантовий комп’ютер, який здатен самостійно відновлювати свою роботу. Ця інноваційна система може замінювати втрачені атоми-кубіти без зупинки обчислень.
Сучасні квантові комп’ютери, особливо ті, що базуються на нейтральних атомах, часто стикаються з проблемою нестабільності. Окремі частинки, які виконують роль кубітів, можуть зникати під час обчислювального процесу. Це призводить до припинення всієї роботи системи.
Кубіти утримуються за допомогою лазерних променів, відомих як оптичні пінцети. Однак ця технологія не гарантує їхньої повної стабільності, що є серйозним викликом для довготривалих і складних обчислень.
Щоб подолати ці обмеження, науковці запропонували принципово нову архітектуру. Замість одного масиву, атоми тепер розподілені по п’яти окремих зонах. Такий підхід дозволяє локалізувати втрату окремого атома, мінімізуючи вплив на всю систему.
Нова архітектура включає кілька ключових компонентів. Серед них — регістр для зберігання кубітів та зона взаємодії для виконання обчислень. Також присутня зона вимірювання, де за допомогою допоміжних атомів, анцилів, перевіряються помилки.
Окремо передбачені зони для зберігання запасних атомів, а також зона завантаження. Остання дозволяє поповнювати резерв новими атомами ззовні, гарантуючи постійну наявність необхідних ресурсів.
Система розроблена для самостійного виявлення втрати кубіта під час роботи. Щойно це відбувається, комп’ютер автоматично активує механізм заміни. Він переміщує новий атом із зони зберігання на потрібне місце у робочій частині.
Після переміщення, новий атом готується до обчислень, повертаючись в основний енергетичний стан. Так само, система здатна повторно запускати допоміжні анцили, які використовуються для перевірки помилок, після завершення своїх функцій.
Ефективність цього інноваційного підходу була ретельно перевірена за допомогою коду повторення. Цей метод багаторазово тестує власні обчислення, шукаючи потенційні помилки. У ході 41 послідовного циклу, система щоразу успішно замінювала втрачені атоми. Жодних пошкоджень даних при цьому не відбувалося, що є ключовим.
Без такого механізму самовідновлення, комп’ютер вичерпав би запас атомів вже після кількох циклів. Це нововведення дозволило уникнути даного обмеження, значно підвищивши надійність.
“Ми продемонстрували здатність перезапускати та повторно використовувати атоми-анцили після вимірювання в середині ланцюга квантового процесора на нейтральних атомах”, — зазначили автори дослідження. За їхніми словами, це дозволяє виконувати квантові схеми необмежено довго на платформах, де кубіти мають обмежений термін служби.
Хоча система потребує подальшого вдосконалення, цей крок є значним досягненням. Подолання обмеженого терміну існування атомів наближає створення квантових комп’ютерів, здатних працювати безперервно та стабільно.
У контексті глобального розвитку квантових технологій, нобелівський лауреат Джон Мартініс нещодавно заявив про стрімке скорочення відставання Китаю від США. За його словами, розрив між лідерами галузі зменшився з кількох років до лічених “наносекунд”.