Квантовые компьютеры способны решать невероятно сложные задачи, открывая новые горизонты в медицине, шифровании, искусственном интеллекте и логистике. Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) создали сверхэффективный усилитель, который включается только при считывании информации с кубитов. Его продуманная конструкция сокращает энергопотребление в 10 раз по сравнению с лучшими современными аналогами. Это уменьшает декогеренцию кубитов и приближает эру мощных квантовых систем с тысячами стабильных элементов.

Декогеренция — потеря кубитом квантового состояния из-за внешних воздействий (тепла, шума). Представьте, что вы пытаетесь услышать шепот на рок-концерте: помехи разрушают информацию.

Результаты опубликованы в издании IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.

Обычные компьютеры работают с битами — нулями и единицами. Кубиты же могут находиться в суперпозиции: быть и нулем, и единицей одновременно, а также в любых промежуточных состояниях. Именно поэтому 20 кубитов могут представлять больше миллиона комбинаций сразу. Но чтобы использовать эту мощь, нужно точно считывать их состояние — а это сложнейшая задача.

Проблема усилителей

Сверхчувствительные микроволновые усилители необходимы для измерения кубитов, но они создают две проблемы:

• Генерируют тепло, нарушающее хрупкое квантовое состояние.
• Потребляют слишком много энергии, что мешает масштабированию систем.

Шведские ученые нашли решение: их усилитель активируется лишь на время чтения данных.

Это самый чувствительный усилитель на транзисторах, — объясняет Инь Цзэн, автор исследования. — Мы снизили энергопотребление в 10 раз без потерь в точности.

Это прорыв, поскольку теперь доступно следующее:

• Уменьшение нагрева = больше стабильных кубитов.
• Возможность создавать системы с тысячами кубитов.
• Алгоритм «умного» включения сокращает время реакции до 35 наносекунд.

Раньше тепло от усилителей было главным ограничителем, — говорит профессор Ян Граан. — Теперь у нас есть инструмент для следующего шага.

Исследование решает ключевую проблему квантовых вычислений — декогеренцию. Практическая выгода:

• Медицина: ускорение разработки лекарств за счет моделирования молекул.
• Криптография: взлом современных шифров станет реальностью, что подстегнет создание новых стандартов.
• Логистика: оптимизация цепочек поставок для мегаполисов.
  Но главное — технология позволяет наращивать число кубитов, не сталкиваясь с перегревом. Это как построить небоскреб, не беспокоясь о вентиляции.

Усилитель тестировался в лабораторных условиях. В реальных системах с тысячами кубитов могут проявиться неучтенные эффекты, например, взаимные помехи. Кроме того, метод требует глубокого охлаждения, что усложняет коммерческое внедрение.

Ранее российские ученые открыли новый способ передачи данных в квантовых компьютерах.