Группа учёных из НИТУ МИСИС, МФТИ, «Сколтеха», Российского квантового центра, МГУ и Математического института им. В.А. Стеклова представила инновационную концепцию архитектуры квантовых процессоров на нейтральных атомах. Разработка призвана решить одну из главных проблем современной квантовой индустрии — сложность масштабирования вычислительных систем.
В современных архитектурах взаимодействие между удаленными кубитами требует передачи сигнала через длинные цепочки промежуточных атомов. Такой подход неизбежно приводит к накоплению ошибок при увеличении общего числа элементов в процессоре. Новое российское решение предлагает внедрить специализированные «атомы-передатчики». Эти частицы способны транспортировать квантовую информацию между вычислительными кубитами напрямую, независимо от физического расстояния между ними.
Принцип работы новой архитектуры
Согласно представленной схеме, основные вычислительные кубиты остаются зафиксированными в своих ячейках оптических ловушек. Для передачи данных используются подвижные атомы-передатчики: они перемещаются между узлами системы, считывая, перенося и записывая квантовые состояния.
Исследователи детально описали пять различных конфигураций такой архитектуры. Варианты различаются методами транспортировки курьеров-передатчиков: от перемещения в управляемых оптических ловушках до использования механизмов квантовой телепортации и схем со свободным полетом атомов.
Перспективы внедрения
Авторы проекта отмечают, что наиболее перспективной и готовой к практическому воплощению является «двунаправленная конвейерная схема». Для её реализации уже существуют все необходимые экспериментальные технологии. Результаты научной работы опубликованы в авторитетном профильном издании Physical Review A.
«Существующие квантовые процессоры на нейтральных атомах напоминают город, в котором можно разговаривать только с ближайшим соседом. Но чтобы отправить сообщение на другой конец города, придётся передать его от человека к человеку — и каждый раз смысл будет немного искажаться. Мы предложили схему, в которой число операций фиксировано и не зависит от размера системы, то есть информация минует лишние звенья цепи и доходит в первозданном виде», — поясняет Иван Дудинец, кандидат физико-математических наук и научный сотрудник Российского квантового центра.
