Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) совершили прорыв в области квантовых вычислений, разработав инновационное соединительное устройство, которое обеспечивает прямую коммуникацию между сверхпроводящими квантовыми процессорами. Это изобретение, опубликованное в престижном научном журнале Nature Physics, представляет собой важнейший шаг на пути к созданию крупномасштабных квантовых компьютеров.
Новое устройство создает сеть из квантовых процессоров, позволяющую им обмениваться микроволновыми фотонами по запросу. Ключевым элементом системы является сверхпроводящий провод (волновод), который служит каналом для перемещения фотонов между процессорами. Важно отметить, что к этому волноводу можно подключить любое количество модулей, что делает архитектуру масштабируемой.
«Наша система обеспечивает связь типа 'все со всеми', что критически важно для построения крупномасштабных квантовых процессоров из меньших модулей», — поясняет Азиза Альманакли, ведущий автор исследования и аспирантка по электротехнике и компьютерным наукам в группе Engineering Quantum Systems.
Техническая реализация проекта впечатляет своей продуманностью. Каждый модуль содержит четыре кубита, которые служат интерфейсом между волноводом и более крупными квантовыми процессорами. Микроволновые импульсы добавляют энергию кубитам, заставляя их излучать фотоны. Управляя фазой импульса, исследователи смогли обеспечить направленное излучение фотонов. В результате эффективность поглощения фотонов превысила 60%.
Для оптимизации формы фотонов и максимизации их поглощения команда применила алгоритм обучения с подкреплением. Это позволило значительно повысить эффективность передачи квантовой информации между процессорами.
В исследовательскую группу, помимо Альманакли, входили Беатрис Янкелевич, соавтор и аспирантка группы EQuS, а также Уильям Д. Оливер, старший автор, профессор электротехники, компьютерных наук и физики в MIT, научный сотрудник Лаборатории Линкольна MIT и директор Центра квантовой инженерии.
Значимость этого достижения трудно переоценить. Устройство позволяет создавать нелокальные соединения между квантовыми процессорами и выполнять параллельные операции между удаленными кубитами. Фактически, это решает одну из ключевых проблем в создании масштабируемых квантовых компьютеров — необходимость эффективной коммуникации между квантовыми модулями без накопления ошибок.
Исследователи уже наметили пути дальнейшего совершенствования технологии. Среди планируемых улучшений — оптимизация пути распространения фотонов, интеграция модулей в трехмерное пространство вместо использования сверхпроводящего провода, а также ускорение протокола для снижения накопления ошибок.
Потенциал этой технологии выходит за рамки квантовых компьютеров MIT. Архитектура может быть расширена для других типов квантовых компьютеров и систем квантового интернета, открывая новые горизонты для квантовых коммуникаций и распределенных квантовых вычислений.
Изображение носит иллюстративный характер
Новое устройство создает сеть из квантовых процессоров, позволяющую им обмениваться микроволновыми фотонами по запросу. Ключевым элементом системы является сверхпроводящий провод (волновод), который служит каналом для перемещения фотонов между процессорами. Важно отметить, что к этому волноводу можно подключить любое количество модулей, что делает архитектуру масштабируемой.
«Наша система обеспечивает связь типа 'все со всеми', что критически важно для построения крупномасштабных квантовых процессоров из меньших модулей», — поясняет Азиза Альманакли, ведущий автор исследования и аспирантка по электротехнике и компьютерным наукам в группе Engineering Quantum Systems.
Техническая реализация проекта впечатляет своей продуманностью. Каждый модуль содержит четыре кубита, которые служат интерфейсом между волноводом и более крупными квантовыми процессорами. Микроволновые импульсы добавляют энергию кубитам, заставляя их излучать фотоны. Управляя фазой импульса, исследователи смогли обеспечить направленное излучение фотонов. В результате эффективность поглощения фотонов превысила 60%.
Для оптимизации формы фотонов и максимизации их поглощения команда применила алгоритм обучения с подкреплением. Это позволило значительно повысить эффективность передачи квантовой информации между процессорами.
В исследовательскую группу, помимо Альманакли, входили Беатрис Янкелевич, соавтор и аспирантка группы EQuS, а также Уильям Д. Оливер, старший автор, профессор электротехники, компьютерных наук и физики в MIT, научный сотрудник Лаборатории Линкольна MIT и директор Центра квантовой инженерии.
Значимость этого достижения трудно переоценить. Устройство позволяет создавать нелокальные соединения между квантовыми процессорами и выполнять параллельные операции между удаленными кубитами. Фактически, это решает одну из ключевых проблем в создании масштабируемых квантовых компьютеров — необходимость эффективной коммуникации между квантовыми модулями без накопления ошибок.
Исследователи уже наметили пути дальнейшего совершенствования технологии. Среди планируемых улучшений — оптимизация пути распространения фотонов, интеграция модулей в трехмерное пространство вместо использования сверхпроводящего провода, а также ускорение протокола для снижения накопления ошибок.
Потенциал этой технологии выходит за рамки квантовых компьютеров MIT. Архитектура может быть расширена для других типов квантовых компьютеров и систем квантового интернета, открывая новые горизонты для квантовых коммуникаций и распределенных квантовых вычислений.
