«Солитонная молекула»: российские физики собрали установку для квантовых вычислений на новых принципах
Российские физики предложили принципиально новый способ борьбы с «шумом» — главным препятствием на пути создания мощных квантовых компьютеров. Вместо того чтобы пытаться изолировать хрупкие кубиты от внешней среды, команда из МГТУ им. Н.Э. Баумана и Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН решила использовать лазерные «солитонные молекулы». Экспериментальная установка уже продемонстрировала способность генерировать стабильные группы из 14 связанных импульсов, что открывает дорогу к созданию вычислительных систем на новых физических принципах, нечувствительных к помехам.
Лазерные импульсы против квантовых помех
Главная проблема современных квантовых процессоров — декогеренция. Любое тепловое колебание, электромагнитное излучение или вибрация разрушают хрупкое состояние кубита, что приводит к лавинообразному росту ошибок. Инженеры по всему миру тратят огромные ресурсы на охлаждение систем до температур, близких к абсолютному нулю, и экранирование от внешних полей. Российские исследователи пошли по альтернативному пути: они предлагают заменить кубиты на оптические солитоны.
Что такое «солитонные молекулы» и как они работают
Солитон — это уединенная волна, которая не меняет свою форму и скорость при столкновении с другими волнами. В лазерной физике такие импульсы ведут себя как частицы. Ученые из МГТУ и ИОФ РАН научились связывать эти импульсы в устойчивые группы — «солитонные молекулы». В их установке лазерный диод направляет излучение в кольцевой волоконный резонатор, где и формируются эти структуры. Ключевое отличие от стандартных подходов — количество связанных импульсов. Если обычно удается получить молекулы из 2–4 импульсов, то российская команда стабильно генерирует структуры из 14 элементов.
«Состояние каждого импульса в такой молекуле влияет на общее состояние всей группы, — поясняют авторы разработки. — Это создает эффект, аналогичный квантовой запутанности, но на макроскопическом уровне». Полученный сигнал отличается высокой четкостью и минимальным уровнем шумов, что критически важно для вычислений.
Перспективы практической реализации
Следующий этап работы — экспериментальная проверка гипотезы о самовычитании ошибок. Как рассказал инженер лаборатории волоконных лазеров МГТУ им. Н.Э. Баумана Илья Орехов, исследователи планируют собрать стенд для измерения уровня фазовых шумов. Цель — сравнить помехи в «солитонных молекулах» с шумами одиночных ультракоротких импульсов и доказать, что связанные структуры действительно способны к самокоррекции.
Результаты работы, поддержанной Российским научным фондом, уже опубликованы в рецензируемом журнале Applied Optics.
В мире на сегодняшний день доминируют два подхода к квантовым вычислениям: на сверхпроводящих цепях (Google, IBM) и на ионных ловушках (IonQ, Honeywell). Оба требуют сложной криогенной инфраструктуры. Российская разработка предлагает альтернативу, работающую при комнатной температуре на базе стандартных волоконно-оптических компонентов. Если гипотеза о самовычитании шумов подтвердится, это может кардинально упростить и удешевить создание квантовых вычислителей, сделав их более доступными для промышленного применения. Однако до создания полноценного прототипа, способного решать практические задачи, предстоит пройти долгий путь.
