Учёные из России теоретически обосновали возможность создания многоуровневого квантового процессора на основе полярных молекул.
Как сообщила ТАСС пресс-служба Российского квантового центра (РКЦ), такой подход позволит эффективнее выполнять многокубитные операции и реализовывать сложные квантовые алгоритмы.
Научный сотрудник РКЦ Солех Муминов пояснил, что исследователи продемонстрировали потенциальную применимость полярных молекул не только в качестве отдельных носителей квантовой информации, но и как основу для масштабируемого квантового процессора. Была построена модель, в которой одна молекула может работать как система с несколькими логическими состояниями, и показано, как выполнить запутывающую операцию между двумя такими молекулами.
Как отмечают учёные, существуют несколько платформ для создания многоуровневых кубитов (кудитов), включая ионы, холодные атомы и сверхпроводники. Российские исследователи показали, что для этих целей можно также использовать ультрахолодные полярные молекулы — вещества, у которых одна часть имеет небольшой избыток положительного заряда, а другая — отрицательного.
Благодаря этому соседние полярные молекулы взаимодействуют друг с другом, что позволяет выполнять над ними квантовые операции. Физики создали компьютерные модели двух квантовых вычислителей на базе разных полярных молекул — фторида стронция и соединения цезия с натрием — и рассчитали возможные операции. Обе молекулы можно использовать для исполнения универсального набора логических операций с кудитами, имеющими три, четыре и пять состояний. Время выполнения квантовых операций оказалось на три порядка меньше типичного времени жизни этих квантовых ячеек памяти, что, по мнению авторов, оставляет достаточно возможностей для экспериментальной проверки.
Эксперт научного проекта НИТУ МИСИС Анастасия Николаева подытожила, что использование многоуровневости ультрахолодных полярных молекул позволяет естественно и эффективно реализовывать сложные многокубитные операции — ключевую составляющую многих квантовых алгоритмов. Это, по её словам, раскрывает потенциал ультрахолодных полярных молекул как кудитной вычислительной платформы.
В последние годы ведущие участники мировой «квантовой гонки» активно разрабатывают не только классические квантовые компьютеры на базе кубитов (объектов с двумя энергетическими уровнями), но и более сложные структуры — кудиты. На их основе созданы самые мощные в России квантовые компьютеры, эквивалентные по мощности системам на базе 70 двухуровневых кубитов.
