Интерес к квантовому компьютингу не утихает: не проходит и недели, как мы узнаем о все новых и новых достижениях в этой области. Недавно стало известно, что Google удалось создать 72-кубитный квантовый компьютер. Потенциально это самая мощная вычислительная система на данный момент. Тем временем группа ученых UNSW Sydney (Университета Нового Южного Уэльса) из Австралии под руководством профессора Мишель Симмонс впервые в мире создала квантовый «процессор на кремнии» (процессором его можно назвать лишь условно, потому что принципы работы данного устройства и современных компьютерных процессоров кардинально различаются) на базе атома фосфора, показав на практике, что кубиты (одноатомные квантовые физические биты) могут взаимодействовать на расстоянии 16 нм друг от друга, демонстрируя так называемую квантовую запутанность. Первоначально исследователи считали, что для устойчивой взаимосвязи атомы нужно отделить друг от друга на 20 нм. Это позволяет создать квантовые компьютеры с производительностью, на порядки превосходящей любые классические вычислительные машины.

Квантовая запутанность — это явление, при котором состояние одной атомной или субатомной частицы влияет на состояние других таких частиц. Благодаря этому становится возможным построить логический кубит — набор связанных вместе одноатомных квантовых физических битов, взаимодействующих между собой. Связав несколько кубитов, можно получить структуру, которая способна обеспечить высокую производительность. В теории квантовый компьютер, состоящий из 30 логических кубитов, должен быть мощнее, чем классический компьютер с 20 млрд. бит вычислительной мощности.

«Такой квантовый компьютер превзойдет любые существующие в настоящий момент традиционные вычислительные машины, а 300-кубитный экземпляр обгонит все существующие в мире компьютеры вместе взятые», — заявила Симмонс. Несмотря на то, что другим исследователям в прошлом удавалось связать кубиты между собой, создать успешно взаимодействующие одноатомные структуры, обеспечивающие более высокую точность и надежность работы, удалось пока только команде Симмонс. По ее мнению, результаты исследования превзошли все ожидания. Полученные данные позволят улучшить действующую модель и ускорить появление прототипов процессоров на основе одноатомных кубитов. В течение следующих пяти лет австралийцы планируют получить действующую модель из 10 связанных кубитов.

Оптимизируя свой нанопроизводственный процесс, команда исследователей также недавно разработала квантовые схемы с наименьшими зарегистрированными электрическими шумами любого полупроводникового устройства. Ученые создали электрон-спиновый кубит с самым продолжительным временем жизни, когда-либо зарегистрированном в наноэлектрическом устройстве — 30 секунд. «Комбинированные результаты этой исследовательской работы подтверждает чрезвычайно перспективные возможности для построения циклических систем с использованием атомных кубитов», — говорит Симмонс.

Исследования в сфере квантовых вычислений проводятся уже достаточно давно, и многие крупные компании вкладывают ресурсы в эту отрасль, но пока что построить по-настоящему большие квантовые компьютеры ученым мешает декогеренция — неизбежное разрушение квантового состояния кубитов в результате взаимодействия друг с другом или со считывающим устройством. Конечно, физики уже придумали несколько способов, которые позволяют бороться с этой проблемой — например, ученые из IBM еще в 2015 г. предложили схему процессора, который автоматически отслеживает ошибки. На практике вероятность ошибиться во время вычислений составляет около 1% даже для самых совершенных квантовых компьютеров, и это не позволяет пока что рассматривать квантовые процессоры как замену кремниевым чипам.

Хотя крупных проектов по созданию квантовых компьютеров не так много, команды серьезно конкурируют между собой. В прошлом году свои 49-кубитные процессоры показала IBM и Intel. 51-кубитная система имеется в распоряжении Гарвардского университета; 53-кубитный симулятор Криса Монро — в Объединенном квантовом институте в Мэриленде. При этом отдельное внимание уделяется взаимодействию команд физиков с уже существующей в IT-компаниях экспертизой по инженерии и информационным технологиями. Примеры Google и IBM показывают, что такой подход позволяет достаточно быстро развивать сложные научно-технологические проекты, к которым, безусловно, относится квантовый компьютер.

В основе быстрого развития квантовых технологий лежит ее относительная открытость. К примеру, IBM (в рамках проекта IBM Q Experience) и Rigetti Computing открыли облачный доступ к своим квантовым платформам. Также к ним присоединился компьютер от Alibaba, созданный в рамках совместного проекта с Китайской академией наук.