Фізики вперше перетворили цілі молекули на кубіти

Одразу двом групам фізиків вдалося перетворити цілі молекули на кубіти — одиниці інформації для обчислень на квантових комп'ютерах. Для цього вчені за допомогою лазерів квантово заплутали молекули, змусивши їх впливати на стан одна одної. За словами науковців, у майбутньому ця технологія заплутування цілих молекул допоможе розвинути обчислення на квантових комп'ютерах. Про це розповіло видання Nature, а статті вчених (1, 2) опубліковані у Science.

Ілюстрація квантової заплутаності частинок. Peter Jurik / Alamy

Ілюстрація квантової заплутаності частинок. Peter Jurik / Alamy

Навіщо заплутувати молекули?

Зазвичай у квантових комп'ютерах використовують атоми чи іони — їх перетворюють на кубіти, що на відміну від бітів у традиційних комп'ютерах мають більше станів, ніж «0» і «1», дозволяючи проводити набагато складніші обчислення. Утім, вважається, що набагато ефективнішими та зручнішими будуть кубіти з цілих молекул, адже вони можуть довше утримувати свої стани й менше піддаватися помилкам.

Але досі науковцям не вдавалося квантово заплутати окремі молекули — пов'язати їх так, щоб зміна стану однієї молекули впливала на стан іншої. Така заплутаність є основою квантових обчислень, необхідна для зберігання та обробки інформації й проведення обчислень. Метод залучити молекули у квантові комп'ютери знайшли науковці Прінстонського та Гарвардського університетів.

Як фізики заплутали монофторид кальцію?

Перевагою монофториду кальцію, який використали вчені в обох дослідженнях, є те, що всі негативні електричні заряди групуються біля атома фтору, тоді як позитивно заряджені — біля кальцію. Завдяки цьому, коли молекули квантово заплутані, вони «відчувають» негативно й позитивно заряджені полюси одна одної. Щоб змусити їх так взаємодіяти, вчені охолодили молекули за допомогою лазерів до -273 градусів Цельсія, завдяки чому молекули майже повністю знерухомилися і стали легшими у керуванні.

Відтак охолоджені молекули дослідники підхопили за допомогою 20 оптичних пінцетів — пасток зі сфокусованого лазерного світла — та вибудували їх у ряд, у якому пари молекул могли взаємодіяти між собою. Лазерами вчені змусили деякі з молекул обертатися, а деякі — ні, що використали для позначення станів «0» та «1» відповідно. Експерименти показали, що молекули здатні «запам'ятати» і зберегти свій стан, а також впливати на стан одна одної, що підтвердило квантову заплутаність пар. Таким чином одразу два успішні експерименти показали, що молекули можливо перетворювати на кубіти та використовувати у квантових обчисленнях, що допоможе у масштабуванні квантових комп'ютерів.

  • Між тим науковцям вперше вдалося вмістити більш як тисячу частинок-кубітів у квантовий комп'ютер. Зокрема компанія Atom Computing створила комп'ютер на 1 180 кубітах, а компанія IBM — на 1 121.