Квантовые компьютеры — это следующий важный шаг в развитии вычислительной техники, который использует уникальные свойства квантовой механики. Их работа основана на кубитах — квантовых битах, которые позволяют выполнять вычисления значительно быстрее, чем традиционные биты. Однако существует ряд сложностей, одной из которых является необходимость минимизировать ошибки в кубитах.
Кубиты особенно чувствительны к теплу и радиации, поэтому идеальная система должна уметь сбрасывать их состояние после выполнения вычислений. Один из подходов — охлаждение кубитов до температуры, близкой к абсолютному нулю. Современные технологии позволяют достичь температур от 40 до 49 миллиКельвинов, что составляет всего несколько сотых долей градуса выше абсолютного нуля.
Однако новое исследование продвинулось ещё дальше. Созданный «квантовый абсорбционный холодильник» на основе сверхпроводящих цепей способен охлаждать кубиты до 22 миллиКельвинов, что существенно снижает вероятность возникновения ошибок на начальном этапе.
«В квантовом компьютере начальные ошибки могут накапливаться по мере выполнения вычислений, — объясняет Мохаммед Али Аамир (Mohammed Ali Aamir) из Технологического университета Чалмерса, ведущий автор исследования. — Чем больше ошибок удаётся устранить в начале, тем меньше усилий потребуется на их исправление позже.»
Эффективное охлаждение кубитов сравнимо с полным стиранием данных с доски: кубиты готовы к новой работе без риска накопленных ошибок.
«Если не охладить кубит до такой низкой температуры, доску невозможно будет стереть настолько тщательно», — добавила Николь Юнгер Халперн (Nicole Yunger Halpern), физик из NIST и Совместного центра квантовой информации и компьютерных наук Университета Мэриленда.
«Мы уверены, что этот подход откроет путь к более надёжным квантовым вычислениям, — отметил Али. — Сейчас управление ошибками в квантовых компьютерах — это сложная задача. Если начать ближе к основному состоянию, количество ошибок, которые нужно будет исправлять, значительно снизится.»
Квантовый холодильник также использует кубиты: один из них соединён с более горячей частью системы и служит источником энергии, а другой выполняет роль теплоотвода, принимая тепло от вычислительного кубита в процессе охлаждения. Эта система работает автономно, что делает подход особенно привлекательным.
«Техника, описанная в этой работе, может принести пользу квантовым компьютерам, — добавила Юнгер Халперн. — Это может решить одну из проблем проектирования квантовых компьютеров, а также показывает, что мы можем откачивать тепло из одной части холодильника компьютера и преобразовывать его в работу. Это может предоставить технологические возможности, о которых мы ещё даже не подозревали.»
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Physics.
