Най-студеният квантов компютър в света изчислява 70 пъти по-бързо
Физици създадоха нова ефикасна система за отбрана от прегряване.
В света на науката има едно просто предписание: за прецизни калкулации компютърът би трябвало да стартира всяко пресмятане изначало. Това важи за всяка изчислителна система, само че е изключително мъчно да се съблюдава това условие при квантовите машини – техните детайли са прекомерно чувствителни към топлината и излъчванията, заради което е мъчно да се поддържат първичните им параметри. Група физици от Технологичния университет „ Чалмърс “ в Швеция е намерила решение на казуса. Те са създали квантов ледник за изчислителни системи, работещи със свръхпроводящи детайли. Устройството е в положение да ги охлади до рекордно ниската температура от 22 миликелвина, което оказва помощ за опазване на първичните параметри преди започване на изчисленията.
Свръхпроводимите схеми се трансфораха в главно направление при създаването на квантови компютри. При извънредно ниски температури в тях се появяват характерни енергийни равнища, с помощта на които информацията може да се записва в две разнообразни положения: базово и възбудено. Подобно на битовете в стандартния компютър, всеки квантов детайл може да се намира или в едно от тези положения, или в тяхната квантова суперпозиция. Тази дарба за влизане в положение на суперпозиция дава опция на машината да ревизира по едно и също време няколко решения на даден проблем – голямо преимущество пред стандартните компютри.
При стартирането всички квантови детайли би трябвало да останат в базово положение, което изисква оптимално изстудяване. Дори и най-хубавите криогенни уреди обаче не могат да изолират изцяло детайлите от външната топлота. Част от тях натрупват задоволително сила за прекосяване във възбудено положение. Това внася неточности още при започване на работата, които се натрупват с напредването на задачата. В резултат на това се постанова да се изразходват от ден на ден запаси за поправяне на грешките.
Екипът на Гаспаринети е измислил по какъв начин да реши този проблем – посредством потребление на квантов охладител, който лишава непотребната топлота, като употребява разликата в температурите. Такава разлика поражда по натурален метод в криогенните уреди за квантови компютри. Охлаждащите детайли са ситуирани на равнища: всяко последващо равнище е по-студено от предходното, а на последното равнище температурата спада до към 10 миликелвина.
Квантовият ледник се базира на два основни детайла: „ парещ “ квантов обичай, обвързван с източник на топлота при температура към 5 келвина, и „ леден “ кутрит – детайл с три квантови енергийни равнища, обвързван с най-студената част на криостата. Енергийните шпации на двата детайла са точно настроени по отношение на параметрите на третия – „ работния “ обичай, който прави изчисленията. Тази конфигурация обезпечава ефикасен транспорт на топлината. Ако работният детайл е възбуден, неговата сила дружно с част от топлината от горещия обичай реалокира студения кутрит на по-високо енергийно равнище. В същото време работният детайл се връща в първичното си състояние, подготвяйки се за нови калкулации. Натрупаната сила на кутрита се отдава на криостата и също се връща в главно положение.
Тестовете демонстрираха, че системата е в положение да охлади един свръхпроводящ квантов обичай до 22 миликелвина. При тази температура вероятността за спонтанното му възбуждане пада под 3 × 10-4 – доста усъвършенстване спрямо цифрата 10-3 в в този момент съществуващите квантови компютри. Освен това спомагателното изстудяване форсира подготовката на устройството за работа – възбуденият детайл се охлажда 70 пъти по-бързо, в сравнение с единствено с криостат.
За да се охладят всички детайли на квантовия компютър, дизайнът ще би трябвало да се усъвършенства, само че тази проява на работа на този принцип демонстрира по какъв начин законите на квантовата термодинамика могат да се ползват за решение на основни проблеми в квантовите компютри.
Авторите на създаването виждат и други вероятности за своето откритие.
„ Ако пуснете подобен ледник в противоположна посока, той се трансформира в мотор. Той може да се употребява да вземем за пример за зареждане на самостоятелни квантови часовници “, изяснява Юнгер Халперн.
