Ученые американской компании Atom Computing создали квантовый компьютер, способный самостоятельно восстанавливаться во время работы. Система может заменять потерянные атомы-кубиты без прерывания вычислений, пишет Phys.

Квантовые компьютеры, как и классические, могут выходить из строя во время работы. В установках на основе нейтральных атомов иногда исчезают отдельные частицы, что приводит к остановке всего вычислительного процесса.

В таких системах отдельные атомы выполняют роль кубитов — базовых единиц квантовой памяти. Они удерживаются лазерными лучами, известными как оптические пинцеты, но эта технология не гарантирует полной стабильности.

[see_also ids="662392"]

В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review X, ученые предложили новую архитектуру, распределив атомы не в одном массиве, а в пяти отдельных зонах. Это позволяет локализовать потерю атома без влияния на всю систему.

Архитектура включает регистр для хранения кубитов, зону взаимодействия для вычислений и зону измерения для проверки ошибок с помощью вспомогательных атомов — анцил. Отдельно предусмотрены зоны хранения запасных атомов и загрузки для пополнения резерва извне.

Система способна самостоятельно обнаруживать потерю кубита. После этого компьютер автоматически перемещает новый атом из зоны хранения на нужное место.

Новый атом готовится к работе путем возвращения в основное энергетическое состояние. Так же система может повторно запустить анциллы после завершения проверок.

[see_also ids="660767"]

Эффективность подхода проверили с помощью кода повторения, который многократно тестирует собственные вычисления на наличие ошибок. Во время 41 последовательного цикла система каждый раз успешно заменяла потерянные атомы без повреждения данных.

Без механизма самовосстановления компьютер исчерпал бы запас атомов уже после нескольких циклов. Новая схема позволила избежать этого ограничения.

"Мы продемонстрировали способность перезапустить и повторно использовать атомы анцилы после измерения в средней части цепи в квантовом процессоре нейтрального атома, что позволяет неограниченно долго выполнять квантовые схемы на платформе, где кубиты имеют ограниченный срок жизни", — заявили авторы исследования.

По словам ученых, система требует дальнейшего совершенствования. Преодоление ограниченного срока существования атомов приближает создание квантовых компьютеров, способных работать непрерывно.

Недавно нобелевский лауреат Джон Мартинис заявил, что Китай стремительно сократил отставание от США в разработке квантовых технологий. Сейчас разрыв между ними с нескольких лет сократился до считанных "наносекунд".