Российские ученые предложили новую схему квантового компьютера на основе ультрахолодных полярных молекул. По расчетам исследователей, такая технология позволит создавать более мощные квантовые процессоры, способные ускорить моделирование химических реакций, разработку новых лекарств и материалов, а также решение задач, недоступных современным суперкомпьютерам. Об этом рассказали в Российском квантовом центре (РКЦ).
Исследование провели специалисты Российского квантового центра, НИТУ МИСИС, Математического института имени Стеклова РАН и МФТИ.
Обычные компьютеры работают с единицами (битами), принимающими значение 0 или 1. В квантовых компьютерах используются кубиты, которые могут одновременно находиться сразу в двух состояниях. Однако ученые рассматривают и более сложный подход — кудиты. Такие элементы способны иметь сразу несколько состояний — три, четыре, пять и более. Это позволяет хранить больше информации в одной квантовой ячейке и потенциально выполнять вычисления эффективнее.
В новой работе исследователи предложили использовать для этого ультрахолодные полярные молекулы — частицы с неравномерным распределением электрического заряда. Благодаря этому молекулы могут взаимодействовать друг с другом, что необходимо для выполнения квантовых операций.
В качестве логических состояний ученые использовали разные режимы вращения молекул. В зависимости от выбранной схемы одна молекула может хранить от двух до пяти состояний одновременно.
Для управления системой исследователи предлагают применять оптические пинцеты — сфокусированные лазерные лучи, способные удерживать и перемещать отдельные молекулы. При сближении частиц их взаимодействие усиливается, что позволяет выполнять квантовые операции.
С помощью численного моделирования ученые проверили работу схемы на молекулах фторида стронция и NaCs. Расчеты показали, что операции выполняются в тысячи раз быстрее, чем система теряет когерентность — способность сохранять квантовое состояние.
«Мы показали, что полярные молекулы могут использоваться не только как отдельные носители квантовой информации, но и как основа для масштабируемого кудитного процессора. Этот шаг переводит идею с уровня управления одной частицей к архитектуре, на которой в перспективе можно выполнять квантовые алгоритмы», — отметил Солех Муминов, ключевой автор исследования, сотрудник научной группы «Теория многих тел» Российского квантового центра.
Ранее загадка, волновавшая физиков 60 лет, оказалась решена неожиданным образом.
