Первое поколение квантовых компьютеров Пентагона построят на кубитах из нейтральных атомов

На днях Агентство перспективных исследований Минобороны США (DARPA) подвело итоги первой фазы программы ONISQ, которая должна была выбрать основу для первого поколения квантовых компьютеров для нужд военных. Наиболее перспективным направлением признаны кубиты из ридберговских нейтральных атомов, в прикладном изучении которых преуспели учёные из Гарвардского университета под руководством выпускника МФТИ профессора Михаила Лукина.

Источник изображения: DARPA

Программа ONISQ или Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum, что на русский язык можно перевести как оптимизация с зашумлёнными квантовыми системами среднего масштаба, стартовала в мае 2020 года. Среди прочих систем рассматривались другие варианты кубитов, включая хорошо изученные сверхпроводящие кубиты и кубиты из заряженных атомов (ионов).

«Ридберговские кубиты обладают полезной характеристикой в виде однородности по своим свойствам — это означает, что каждый кубит неотличим от следующего по своему поведению, — сказал доктор Мукунд Венгалатторе (Mukund Vengalattore), руководитель программы ONISQ Отдела оборонных наук DARPA. — Это не относится к другим платформам, таким как сверхпроводящие кубиты, где каждый кубит уникален и, следовательно, не взаимозаменяем».

Охлаждённые нейтральные атомы легко выстраиваются в массивы и могут произвольно программировать квантовые цепи или алгоритмы с помощью оптического пинцета (высокоплотного лазерного пучка), который перемещает кубиты в нужные позиции перед запуском вычислений. Относительная простота и надёжность работы с нейтральными атомами была доказана командой Лукина в свежей работе, где они показали безошибочную работу квантовой системы из 48 логических кубитов на системе из 280 физических кубитов.

Для создания цепи из 48 логических кубитов на сверхпроводящих кубитах потребовалось бы до 5000 физических кубитов, что сегодня представляется проблематичным даже с учётом недавнего анонса процессора IBM Condor с 1121 кубитом.

Команда Лукина обошлась более простой квантовой системой и все 48 логических кубитов, как сообщается, были запутаны, что и предопределило выбор DARPA. Правда, из анонса непонятно, какое отношение коллектив агентства имеет к проделанной учёными работе.

«Если бы кто-нибудь предсказал три года назад, когда началась программа ONISQ, что нейтральные атомы Ридберга [возбужденный атом с одним или несколькими электронами, имеющими очень высокое главное квантовое число] могут функционировать как логические кубиты, никто бы в это не поверил, — сказал доктор Гвидо Цуккарелло (Guido Zuccarello), технический консультант DARPA. — Для DARPA это возможность сделать ставку на потенциал этих менее изученных кубитов наряду с более хорошо изученными ионами и сверхпроводящими схемами. Как исследовательская программа, ONISQ предоставила учёным свободу действий для изучения уникальных и новых приложений, выходящих за рамки простой оптимизации. В результате команда под руководством учёных из Гарварда смогла использовать гораздо больший потенциал этих ридберговских кубитов и превратить их в логические кубиты, что является весьма значительным открытием».