В поисках масштабируемых квантовых вычислителей учёные по всему миру экспериментируют с ионами, холодными атомами и сверхпроводниками — российские физики предложили альтернативу: использовать ультрахолодные полярные молекулы, у которых есть избыток положительного или отрицательного заряда. Теоретические расчёты показали, что на таких молекулах можно выполнять запутывающие операции с многоуровневыми кудитами (квантовыми объектами с тремя, четырьмя и пятью состояниями), а время выполнения операций оказалось на три порядка меньше времени жизни квантовой памяти. Это позволяет надеяться на успешную экспериментальную проверку идеи, сообщила пресс-служба Российского квантового центра (РКЦ).
Учёные из России теоретически обосновали возможность создания многоуровневого квантового процессора на полярных молекулах, а не только на ионах или холодных атомах. Как пояснили в РКЦ, такой подход позволит наиболее эффективно исполнять многокубитные операции и реализовывать сложные квантовые алгоритмы.
Научный сотрудник РКЦ Солех Муминов пояснил: «Мы продемонстрировали потенциальную применимость полярных молекул не только в качестве отдельных носителей квантовой информации, но и как основу для масштабируемого квантового процессора. Мы построили модель, в которой одна молекула может работать как система с несколькими логическими состояниями, и показали, как выполнить запутывающую операцию между двумя такими молекулами».
Ультрахолодными полярными молекулами называют вещества, у которых одна часть имеет небольшой избыток положительного заряда, а другая — отрицательного из-за различий в свойствах составляющих атомов. Благодаря этому соседние молекулы взаимодействуют друг с другом, что позволяет выполнять над ними квантовые операции.
Российские физики создали компьютерные модели двух квантовых вычислителей — на базе фторида стронция и соединения цезия с натрием — и просчитали возможные операции. Обе молекулы, как выяснилось, можно использовать для исполнения универсального набора логических операций с кубитами и кудитами (многоуровневыми системами, которые уже легли в основу мощнейших российских квантовых компьютеров, эквивалентных 70 двухуровневым кубитам). Время выполнения операций оказалось в тысячу раз меньше времени жизни этих квантовых ячеек памяти, что даёт большой запас для будущих экспериментов.
Эксперт научного проекта НИТУ МИСИС Анастасия Николаева подытожила: «Используя многоуровневость ультрахолодных полярных молекул, мы показали, как можно выполнять запутывающие двухчастичные операции, а также продемонстрировали то, как можно естественно и эффективно реализовывать более сложные многокубитные операции, ключевую составляющую многих квантовых алгоритмов. Это позволяет раскрыть потенциал ультрахолодных полярных молекул как кудитной вычислительной платформы».
