Команда физиков из Австралии, которым недавно удалось объединить два кремниевых кубита, успешно использовала свое детище для проведения квантовых вычислений. Разработкой компонентов для построения квантового компьютера команда Андреа Морелло (Andrea Morello) из университета Нового Южного Уэльса в Сиднее занимается более пяти лет. Первый одноэлектронный квантовый транзистор был представлен ими в 2010 году, а в 2012 году ученые разработали первый полноценный полупроводниковый кремниевый кубит на основе атома фосфора. Новая версия кубита, представленная в 2013 году, обеспечивала практически 100% вероятность считывания данных и очень долго оставалась стабильной. А в конце октября 2015 года физики научились объединять кубиты, применяя те же технологии, что используются непосредственно при построении ячеек квантовой памяти. Для этого пришлось переработать структуру элементов и заменить атомы фосфора в них на кремний-29.
В новом эксперименте команда физиков фактически смогла выйти за рамки ограничений, которые на работу квантовых систем накладываются теоремой Белла. Конечно, можно утверждать, что кубиты, использованные в нем, являются шагом назад, так как это всё те же одиночные одноэлектронные транзисторы на основе атома фосфора. Однако в элементах роль одного кубита играет спин самого атома, а роль второй ячейки вычислительной системы – спин электрона.
Манипулировать состоянием пары элементов австралийские ученые смогли с помощью микроволновых излучателей. При этом состояние спина электрона определялось содержимым «атомного» кубита. В итоге точность чтения и записи информации на элемент памяти увеличилась до 96%, и на сегодняшний день данный результат является абсолютным рекордом для квантовых систем.
Морелло так комментирует эксперимент:
Точность, с которой нам удалось записывать информацию в данные кубиты, является абсолютным рекордом. Это значит, что теперь мы можем приступить к расширению квантовых устройств, добавляя в него [квантовый компьютер] новые кубиты, и использовать их для все более сложных квантовых вычислений, к примеру, поиска лекарств, обработки баз данных и моделирования молекул.
Исследование Морелло позволит управлять состоянием кубитов произвольным образом и задействовать их в проведении вычислений и формулировке квантовых вычислительных алгоритмов. В данный момент в кубите реализована логическая операция CNOT (контролируемое отрицание). Если каждое вычисление проводить на квантовом компьютере по 30 раз, точность его работы приблизится к 100%. Это обеспечивает почву для создания квантовых схем, применимых на практике и способных проводить реальные вычисления. Ученые также отмечают, что если фосфор заменить другими атомами, это сможет послужить основой для большего числа кубитов.
