Многие исследователи считают, что будущее квантовых вычислений - за модульными машинами, собранными из нескольких соединённых процессоров. Однако для этого нужно научиться передавать хрупкую квантовую информацию между чипами без потерь. Для сверхпроводящих процессоров это означает создание надёжных связей длиной около метра внутри оборудования, охлаждённого почти до абсолютного нуля.

Команда IBM Research впервые решила эту задачу: два больших сверхпроводящих процессора были соединены четырьмя отдельными высококачественными квантовыми каналами, причём все они были установлены после того, как оба чипа уже находились на своих местах. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv и пока не прошла рецензирование.

До сих пор квантовые связи между сверхпроводящими чипами в основном ограничивались одним соединением между небольшими экспериментальными процессорами. Такие линии позволяли передавать квантовые состояния с одного чипа на другой и создавать запутанность - особую квантовую корреляцию, при которой состояния частиц оказываются взаимосвязанными. Для создания более крупных машин инженерам потребуется множество соединений между процессорами, уже установленными в криостатах (устройствах для охлаждения). Эти соединения должны быть компактными, вносить минимальные потери и выдерживать повторяющиеся циклы нагрева и охлаждения.

В новой работе исследователи соединили два своих 120-кубитных процессора Nighthawk R1. В каждом канале кубит внутри одного процессора передавал информацию специальному "интерфейсному" кубиту. Затем регулируемый соединитель направлял её в сверхпроводящий алюминиевый кабель длиной 80 см, который доставлял сигнал к аналогичному набору компонентов на другом чипе. Чтобы кабели можно было упаковать плотнее, их подключали к чипу сверху, а не сбоку.

После сборки установки учёные проверили, насколько точно она передаёт квантовые состояния между чипами и выполняет логические операции с участием кубитов обоих процессоров. Средняя точность передачи квантовых состояний по четырём каналам составила 99%, а на лучшем канале достигла 99,29%. Двухкубитные логические операции, охватывающие оба процессора, выполнялись со средней точностью 94,75%.

С помощью этих операций команда создала запутанные состояния, распределённые между двумя процессорами, включая состояния из 4 и 6 кубитов, а также сгенерировала две запутанные пары одновременно через соседние каналы. Благодаря новому способу подключения все четыре соединения оставались работоспособными после трёх циклов нагрева и охлаждения.

Авторы отмечают, что для коммерческого применения системе потребуются улучшения, особенно в отношении времени сохранения квантовой информации. Тем не менее достигнутый результат они называют важным шагом вперёд: он открывает путь к компьютерам, где квантовая информация хранится и обрабатывается на множестве процессоров, что упростит масштабирование и обслуживание будущих машин.

Источник: Phys.org