Первый в мире универсальный квантовый программируемый компьютер практически готов к использованию, уверяют инженеры из американского Национального института стандартов и технологий NIST. Правда, разработчики говорят, что перед началом реальной эксплуатации устройства им предстоит решить несколько довольно серьезных проблем, сейчас же компьютер дает слишком много сбоев для коммерческих расчетов.

Напомним, что ранее в этом году в NIST уже показали прототип квантового компьютера, способного управлять двумя квантовыми битами или, говоря иначе, кубитами. В отличие от традиционных компьютерных электронных битов, способных в единый момент времени быть либо 0, либо 1, у кубитов иная сущность. Благодаря уникальным физическим свойствам света, они могут представлять собой одновременно как 0, так и 1. Таким образом, квантовый компьютер может быть гораздо более мощным, чем традиционные компьютеры с кремниевыми процессорами.

Девид Ханнеке, один из разработчиков квантового компьютера на двух кубитах, говорит, что квантовые компьютеры могут использоваться в системах искусственного интеллекта, для решения задач криптоанализа и всех других сфер, где вычисления сегодняшних машин занимают месяцы или даже годы. "Здесь всего один кубит может быть сразу и нулем и единицей, прирост мощности налицо", - говорит ученый.

В экспериментальной машине для удержания кубитов исследователи использовали устройство с ионами бериллия и лазерным лучем. Лазерный луч в данном случае выполнял роль координатора вычислений, тогда как ионы бериллия "держали" кубиты. В опытах ученые создали так называемые логические ворота, которые позволяли манипулировать кубитами в зависимости от того, какие данные ими сейчас обрабатываются. Один лазер производил операции с кубитами, другой их считывал, рассказывает Ханнеке.

В будущем ученые надеются создать системы с десятками или сотнями лазерных лучей. "Когда у нас получилась операция с двумя кубитами, возник вопрос: увеличив количество кубитов и лучей, что мы сможем сделать?", - рассуждает ученый.

"Одна из наиболее интересных вещей касается базовых свойств света. Мы можем сделать любую квантовую операцию с любым числом кубитов, используя логические ворота для одного или двух кубитов", - рассказывает он.

C аппаратной точки зрения внутри квантового процессора находится алюминиевая подложка и несколько слоев золотого покрытия. Данное соединение позволяет создавать крошечные электромагнитные ловушки около 200 микрометров в диаметре. Внутри каждой ловушки расположено четыре атома - два бериллия и два магния. Ионы в данном случае удерживают и стабилизируют кубиты.

По словам ученых, уже сегодня можно говорить о наличии множества двух-кубитовых операций, поэтому ученые решили ограничить диапазон операций до 160, просто чтобы показать универсальность процессора. Каждая операция предусматривает попадание двух кубитов в 31 квантовые ворота, причем большая часть ворот - это ворота для одиночных кубитов. Контролируя напряжение на подложке ученые могут соединять и разъединять кубиты, "разговаривая" с ионами.

В рамках демонстрации ученые повторили заданные 160 операций 900 раз, сравнив данные реальные с данными теории, исследователи заключили, что точность квантового компьютера составляет 79%. Столь невысокую для вычислительной техники точность ученые объясняют невысокой точностью лазерного излучения.

Тем не менее, в NIST говрят, что намерены добиться показателя точности вычислений в 99,99%. Это можно будет сделать за счет более точного изготовления подложки и более стабильного напряжения лазера.