Перше покоління квантових комп'ютерів Пентагону побудують на кубітах із нейтральних атомів

Днями Агентство перспективних досліджень Міноборони США (DARPA) підбило підсумки першої фази програми ONISQ, яка мала вибрати основу для першого покоління квантових комп'ютерів для потреб військових. Найбільш перспективним напрямом визнано кубити з нейтральних рідбергівських атомів , у прикладному вивченні яких досягли успіху вчені з Гарвардського університету під керівництвом випускника МФТІ професора Михайла Лукіна.

Програма ONISQ або Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum, що російською мовою можна перекласти як оптимізація із зашумленими квантовими системами середнього масштабу, стартувала у травні 2020 року. Серед інших систем розглядалися інші варіанти кубітів, включаючи добре вивчені надпровідні кубити та кубити із заряджених атомів (іонів).

«Рідбергівські кубити мають корисну характеристику у вигляді однорідності за своїми властивостями - це означає, що кожен кубит не відрізняється від наступного за своєю поведінкою, - сказав доктор Мукунд Венгалатторе (Mukund Vengalattore), керівник програми ONISQ Відділу оборонних наук DARPA. — Це не стосується інших платформ, таких як надпровідні кубити, де кожен кубит унікальний і, отже, не взаємозамінний».

Охолоджені нейтральні атоми легко вишиковуються в масиви і можуть довільно програмувати квантові ланцюги або алгоритми за допомогою оптичного пінцета (високолотного лазерного пучка), який переміщує кубити в потрібні позиції перед запуском обчислень. Відносна простота та надійність роботи з нейтральними атомами була доведена командою Лукіна у свіжій роботі, де вони показали безпомилкову роботу квантової системи з 48 логічних кубітів на системі з 280 фізичних кубітів.

Для створення ланцюга з 48 логічних кубитів на надпровідних кубитах знадобилося б до 5000 фізичних кубитів, що сьогодні є проблематичним навіть з урахуванням недавнього анонсу процесора IBM Condor з 1121 кубитом.

Команда Лукіна обійшлася простішою квантовою системою і всі 48 логічних кубитів, як повідомляється, були заплутані, що й визначило вибір DARPA. Щоправда, з анонсу незрозуміло, яке відношення колектив агентства має до виконаної вченими роботи.

«Якби хтось передбачив три роки тому, коли почалася програма ONISQ, що нейтральні атоми Рідберга [збуджений атом з одним або декількома електронами, що мають дуже високе головне квантове число] можуть функціонувати як логічні кубити, ніхто б у це не повірив, — сказав доктор Ґвідо Цуккарелло (Guido Zuccarello), технічний консультант DARPA. — Для DARPA це можливість зробити ставку на потенціал цих менш вивчених кубитів поряд із добре вивченими іонами та надпровідними схемами. Як дослідницька програма, ONISQ надала вченим свободу дій для вивчення унікальних та нових програм, що виходять за рамки простої оптимізації. В результаті команда під керівництвом вчених з Гарварду змогла використати набагато більший потенціал цих кубиків рідбергівських і перетворити їх на логічні кубити, що є вельми значним відкриттям ».