Команда физиков из Гарвардского технологического института и нескольких других университетов разработала и готовится собрать самый большой из когда-либо созданных программируемых квантовый симуляторов из 256 кубитов. Это будет важный шаг к крупномасштабным квантовым системам, который может многое изменить в области квантовых вычислений. Количество квантовых состояний в таком симуляторе больше, чем количество атомов в Солнечной системе.
В гарвардской лаборатории Лукина (профессор на заднем фоне). Источник изображения: Rose Lincoln/Harvard Staff Photographer
Новая система создаётся в гарвардской лаборатории выпускника МФТИ профессора Михаила Лукина — одного из ведущих в мире учёных по квантовым системам. Разработка опирается на созданную в лаборатории квантовую платформу, которая ранее позволила создать 51-кубитовый квантовый симулятор. «Это перемещает исследования в новую область, где до сих пор никто никогда не был, — говорит Михаил Лукин. — Мы входим в совершенно новую часть квантового мира».
Надо отметить, что Лукин не считает свою систему квантовым компьютером. Он честно признаёт, что это симулятор квантовых процессов в очень узкой области применения. Более того, профессор не имеет представления, какие практические задачи и каким образом могут решать квантовые вычислители, но ожидает от экспериментальных квантовых платформ множество интересных научных открытий, прежде всего фундаментальных.
Предложенная Луниным платформа квантового симулятора использует дефекты в кристаллических структурах, например, в искусственных алмазах, куда помещаются сверхохлаждённые атомы рубидия. Оперировать атомами можно с помощью так называемых оптических или лазерных пинцетов, что дало право назвать установку «программируемым» симулятором. Первоначально атомы заселяются в дефекты кристаллической решётки опорного материала случайным образом, а затем оптическим пинцетом перемещаются в те позиции, которые нужны для проведения эксперимента — так симулятор программируется.
Собранная из серии картинок анимация, где каждая точка — это атом рубидия. Источник изображения: группа Лукина
Поле создания условий для симуляции процесс запускается и учёным остаётся только наблюдать, как в материале происходят квантовые процессы и чем они закончатся. Точность оперирования атомами настолько высока, что это позволяет нарисовать атомами анимированную картинку, что учёные наглядно показали.
Что же, 256-кубитовый программируемый квантовый симулятор позволит рисовать более детальные изображения Марио. А если серьёзно, эксперименты с квантовой симуляцией на новом уровне помогут физикам ещё дальше продвинуться по пути к многокубитовым квантовым системам и обнаружить много интересного.