Прототипи квантових комп'ютерів вже існують, але для того, щоб реалізувати їх повний потенціал, їх потрібно значно масштабувати та стабілізувати. Команда дослідників з IBM оголосила про важливий крок у цьому напрямку.

Оновлення стосується довгомірних з'єднувачів (L-couplers), які з'єднують кубіти. Кубіти є основою квантових комп'ютерів, і на відміну від звичайних бітів, які лежать в основі класичних обчислень, вони не обмежені двійковим станом 1 або 0.

Масштабування квантових комп'ютерів шляхом з'єднання кількох чіпів за допомогою L-couplers є більш практичним, ніж намагання втиснути ще більше кубітів на одному мікрочіпі.

Але з'єднувачі повинні бути здатні передавати крихку квантову інформацію на дуже великі відстані в квантових термінах – 80 сантиметрів у цьому випадку.

Дослідники з'єднали два 120-кубітні чіпи разом з чотирма L-couplers, виготовленими з надпровідного алюмінію, досягнувши середньої точності передачі 99 відсотків, з піком у 99,29 відсотка.

Це важливий тест для такого роду багатоканальної установки, оскільки великі квантові чіпи наразі здатні передавати дані через кілька маршрутів.

"У найближчі роки квантові комп'ютери значно масштабуються як за складністю процесора, так і за кількістю модулів", - пишуть дослідники у своїй статті.

"Такі машини потребуватимуть багатьох номінально ідентичних з'єднань між модулями. Ми демонструємо практичний шлях до реалізації кількох L-couplers між великими кубітними процесорами після монтажу модулів у кріостаті".

Якщо класичні біти можуть бути як орли або решки монети (1 або 0), то кубіти можуть бути орлом, решкою або все ще обертатися між двома, поки їх не виміряють, що призводить до експоненційного збільшення обчислювальної потужності.

Те, що L-couplers передають тут, - це квантові стани кубітів або їх обертові властивості.

Команда також спостерігала, що їхні кабелі втрачали дуже мало енергії під час використання, залишалися працездатними через три цикли нагрівання та охолодження і також могли передавати заплутаність між двома чіпами.

"На нашу думку, це перша демонстрація багатоканального квантового з'єднання між великими надпровідними процесорами, і це встановлює технологію комбінованих L-couplers як життєздатний будівельний блок для масштабування модульних систем", - пишуть дослідники.

IBM активно впроваджує модульний підхід до квантових обчислень. Кубіти та L-couplers, продемонстровані тут, призначені для встановлення всередині кріогенних систем, які компанія представила в серпні.

Ці одиниці можуть підтримувати кубіти при ультра-холодних температурах, необхідних для квантових обчислень, і тепер ми маємо набагато краще уявлення про те, як їхня внутрішня електронна система працюватиме на практиці.

Кінцева мета полягає в тому, щоб з'єднати сотні квантових чіпів разом у цих кріогенних одиницях – охолоджених до температур, які в 180 разів холодніші, ніж у глибокому космосі – і з цього моменту доставити перший у світі квантовий комп'ютер з виправленням помилок до 2029 року.

"Успішне з'єднання та робота цих кріогенних модулів сигналізує про стрибок вперед у цьому напрямку і прискорить наш прогрес поряд із продовженням інновацій у квантовому апаратному забезпеченні, програмному забезпеченні та алгоритмах", - говорить Джей Гамбетта, директор IBM Research, який не брав безпосередньої участі в дослідженні.

Це крок у правильному напрямку для цих систем квантових обчислень, хоча ще багато роботи попереду. Дослідники помітили магнітні перешкоди, які вплинули на якість сигналу; наприклад, і подальші покращення ефективності будуть необхідні, перш ніж ці L-couplers будуть готові до використання.

"Ці чотири високоякісні L-couplers встановлюють практичний шлях до масштабованих квантових з'єднань для модульних квантових обчислень", - пишуть дослідники.

Дослідження ще не пройшло рецензування, але попередня версія доступна на arXiv.