Алфавит Вселенной: 6100 кубитов стали основой квантовой модели мироздания

Для того чтобы квантовые компьютеры решали самые сложные задачи науки и технологий, им нужны огромные массивы квантовых элементов. В отличие от классических битов, кубит способен находиться сразу в двух состояниях благодаря явлению суперпозиции. Такая особенность открывает путь к новым типам вычислений, но одновременно делает систему уязвимой к ошибкам. Поэтому для работы практических машин будущего потребуется сотни тысяч стабильных ячеек.

Физики Калифорнийского технологического института сделали шаг к этой цели: им удалось собрать крупнейшую в истории решётку из 6100 нейтральных атомов, удерживаемых лазерами. До сих пор аналогичные установки оперировали лишь сотнями элементов.

В основе эксперимента лежала технология оптических пинцетов — сфокусированных лазерных лучей, способных захватывать отдельные атомы в вакуумной камере. Исследователи разделили один источник света на 12 тысяч пучков и выстроили в сетку тысячи частиц цезия. На изображениях установки каждая единица видна как отдельная светящаяся точка. Полученная структура диаметром около миллиметра стала наглядным примером масштабирования квантового оборудования.

Ключевым достижением стало то, что увеличение числа атомов не снизило их качество. Они сохраняли состояние суперпозиции около 13 секунд — почти в десять раз дольше, чем в предыдущих экспериментах с подобными системами. Управление отдельными частицами выполнялось с точностью 99,98 процента, что является рекордным показателем для таких масштабов.

Учёные также продемонстрировали возможность перемещать атомы на сотни микрометров внутри решётки, не разрушая их квантовое состояние. Это важное преимущество нейтрально-атомного подхода по сравнению с жёстко зафиксированными схемами вроде сверхпроводниковых цепей. Подвижность элементов в перспективе позволит эффективнее исправлять ошибки в будущих вычислителях.

Следующий рубеж — реализация крупномасштабной коррекции ошибок, которая требует тысяч физических узлов. В отличие от классических систем, где данные можно просто копировать, квантовая механика этого не допускает. Здесь приходится использовать более тонкие методы кодирования, делающие вычисления устойчивыми к сбоям.

Теперь группа нацелена на запутывание атомов — квантовый эффект, при котором частицы ведут себя как единая система. Именно эта особенность делает возможными полноразмерные вычисления и позволяет моделировать явления, которые невозможно воспроизвести обычными методами: от экзотических состояний вещества до квантовых полей, определяющих структуру пространства-времени.

Руководитель проекта профессор Мануэль Эндрес подчеркнул, что перед нейтрально-атомным направлением открываются новые горизонты: теперь виден путь к созданию больших, защищённых от ошибок вычислительных машин. По его словам, все строительные блоки уже на месте. Аспирантка Ханна Манетш добавила, что ценность разработки не ограничивается созданием компьютеров: «Мы создаём инструменты, которые помогают понять устройство Вселенной так, как это может показать только квантовая механика».