Основой хранения информации классических компьютерах являются биты, которые могут принимать либо значение 0, либо 1. Кубиты — элементарные частицы квантового компьютера — способны находиться одновременно в состоянии 0 и 1, а также во всех промежуточных состояниях. Это явление, называемое суперпозицией, позволяет квантовым компьютерам выполнять параллельные вычисления в масштабе, недостижимом для традиционных суперкомпьютеров. Например, всего 20 кубитов могут одновременно представлять более миллиона различных состояний.
Однако для использования всей вычислительной мощности квантового компьютера необходим точный процесс считывания информации с кубитов. Для этого применяются сверхчувствительные микроволновые усилители, которые усиливают слабые сигналы от кубитов. Проблема заключается в том, что такие усилители производят тепло, а малейшее отклонение температуры или электромагнитный шум может разрушить квантовое состояние кубита. Это явление называется декогеренцией. Именно поэтому одной из важнейших задач в сфере квантовой компьютерной техники остается поиск способов создания эффективных и «холодных» усилителей.
Разработка ученых из Технологического университета Чалмерса в Швеции стала настоящим прорывом в решении этой проблемы. Особенность нового усилителя в том, что он работает в импульсном режиме — то есть, активируется только тогда, когда нужно усилить сигнал кубита. Такой подход кардинально отличается от обычных усилителей, которые находятся во включенном состоянии постоянно. Это впервые позволило совместить низкий уровень шума, высокую чувствительность и минимальное энергопотребление в условиях работы с квантовыми сигналами.
Важной задачей при создании такого усилителя было обеспечение сверхбыстрого включения — поскольку квантовая информация передается импульсами, усилитель должен реагировать на них практически мгновенно. Физики решили эту задачу, внедрив в систему алгоритм управления на основе генетического программирования. Это позволило усилителю включаться всего за 35 наносекунд — времени, которого достаточно для точного считывания сигнала без искажений. Разработчики также предложили новую методику измерения шума и коэффициента усиления в условиях импульсной работы.
Это решение становится особенно важным при масштабировании квантовых компьютеров, где рост числа усилителей приводит к увеличению тепловой нагрузки и, как следствие, к декогеренции. Мы предлагаем способ, который может устранить этот ограничивающий фактор.
Ранее ученые разработали новый метод кодировки, который снизит количество ошибок в квантовых компьютерах в 1000 раз.
