Квантовое вычисление представляет собой новую парадигму в обработке информации, которая, возможно, послужит дополнением классическим компьютерам.

В последнее время все основные достижения по ускорению производительности связаны с технологией сжатия чипов, но это не может продолжаться долго.

«Наступит момент, когда мы достигнем предела, когда транзистор станет величиной с атом, и далее уже будет невозможно предсказать, как он будет функционировать», пояснил профессор физики из Висконсинского университета в Мэдисоне Марк Шаффман. «Придется использовать физику, которая описывает свойства атомов — то есть квантовую механику».

«В области обработки информации квантовая механика представляет совершенно новые возможности. Есть некоторые задачи, которые можно решить быстрее по экспоненте на квантовом компьютере, чем на любом из существующих», сказал профессор.

Совместно с профессором физики Тэдом Уолкером Шаффман успешно применил нейтральные атомы, чтобы создать основной тип цикла, который будет ключевым компонентом любого квантового компьютера. Как указывается в издании Physical Review Letters, эта работа — первая демонстрация квантовых ворот между двумя незаряженными атомами.

От предыдущей работы исследование отличает именно использование незаряженных атомов, а не заряженных ионов или других частиц.

«Текущий золотой стандарт в экспериментальном квантовом вычислении был установлен пойманными ионами. Сегодня люди могут запускать маленькие программы с помощью всего восьми ионов».

Однако чтобы быть полезными для вычислительных приложений, системы должны содержать достаточно много квантовых битов или кубитов, должны обладать способностью запускать более мощные программы и обрабатывать более сложные вычисления. Основанная на ионах система представляет ряд проблем, так как ионы обладают тесной связью друг с другом и ими чрезвычайно трудно управлять.

«Нейтральные же атомы обладают отличительным преимуществом: они не связаны между собой, а потому в ограниченную область можно поместить много атомов», сообщил Шаффман. «Это серьезный шаг вперед в создании больших вычислительных систем».

Ученые использовали комбинацию лазеров, чрезвычайно низкую температуру (доля градуса выше абсолютного нуля) и вакуум, чтобы удержать два атома рубидия в оптических ловушках.

Далее для приведения атомов в высокоэнергетическое состояние был использован дополнительный лазер, который также помог образовать сцепленность между двумя атомами. Теперь, измеряя один атом, можно было получить информацию о втором.

Теперь висконсинские ученые анализируют множество из 50 атомов, чтобы проверить работоспособность улучшения методов. Также исследователи ищут способы связать кубиты, расположенные в атомах, с кубитами, содержащимися в свете, для того, чтобы продвинуть еще одну разработку будущего — квантовый Интернет.