Нейтральні атоми можуть стати ключем до квантових комп'ютерів

Гонка за створенням першого корисного квантового комп'ютера набирає обертів, і технологічні компанії шукають нові підходи для досягнення цієї мети. Одним із найперспективніших напрямків стають ультрахолодні нейтральні атоми, які вже два десятиліття досліджує Технологічний університет Свінберна.

Нейтральні атоми є основою всієї хімії, оскільки вони формують базу елементів та їхніх взаємодій. Нейтральний атом характеризується рівною кількістю протонів та електронів, що забезпечує відсутність загального електричного заряду. Для квантового майбутнього нейтральні атоми мають найбільший потенціал, коли їх охолоджують до надзвичайно низьких температур.

Доцент Тапіо Сімула з Технологічного університету Свінберна пояснює принцип роботи з холодними атомами: «Типовий експеримент з холодними атомами використовує невелику хмару нейтральних атомів, яка в мільйони разів розрідженіша за повітря, і підтримує її в левітації всередині вакуумної камери за допомогою оптики та магнітних полів. Потім лазерні промені направляються на атоми, щоб, як це не парадоксально, охолодити атоми неймовірно близько до абсолютного нуля. На цьому етапі їх уже неможливо описати, використовуючи класичну ньютонівську фізику».

Коли атоми досягають таких екстремально низьких температур, вступають у дію закони квантової механіки, що відкриває світ нових можливостей. Експериментатори використовують ці ультрахолодні платформи нейтральних атомів для вивчення фундаментальних законів фізики.

Ультрахолодні нейтральні атоми знаходять застосування у створенні революційних технологій, включаючи найточніші в світі атомні годинники, надчутливі квантові сенсори та найсучасніші квантові комп'ютери. В Центрі оптичних наук Технологічного університету Свінберна функціонують три дослідницькі лабораторії холодних атомів, присвячені експериментальним дослідженням.

Дослідження доцента Сімули показали перспективи у фізиці квантових вихорів у надплинних рідинах — рідинах, які можуть забезпечити безвтратний транспорт енергії. «Ці крихітні квантові циклони мають глибокі зв'язки з різноманітними явищами, від високотемпературної надпровідності до фізики обертових нейтронних зірок. Деякі з них навіть можуть використовуватися як квантові біти інформації в квантовому комп'ютері, подібному до того, над яким працює Microsoft», — зазначає вчений.

Нейтральні атоми стають новим гравцем, який може стати ключем до здійснення мрій про квантові обчислення. Великі технологічні компанії, включаючи Google, IBM та Microsoft, тепер співпрацюють з розробниками квантових комп'ютерів на нейтральних атомах.

За словами доцента Сімули, квантове майбутнє світу буде розблоковане поєднанням квантових обчислень, зондування та комунікації. «Всі ці розробники є дочірніми компаніями, що виникли з дослідницьких лабораторій холодних атомів, подібних до тих, що розміщені в Свінберні, де новаторські дослідження ультрахолодних атомів проводяться вже два десятиліття», — підкреслює науковець.

Хоча квантові комп'ютери вже існують, вони все ще перебувають у зародковому стані. Проте вони обіцяють величезний потенціал для трансформації логістики, медичних технологій та інших галузей. Лютий цього року Microsoft оголосила про створення першого у своєму роді квантового чіпа, лише за кілька днів до прориву Google у квантовій корекції помилок.

Ця гонка технологічних гігантів демонструє важливість фундаментальних досліджень у галузі квантової фізики. Роботи, що проводяться в університетських лабораторіях протягом десятиліть, тепер знаходять практичне застосування у найперспективніших технологіях майбутнього. Ультрахолодні нейтральні атоми можуть стати тією технологією, яка нарешті дозволить створити стабільні та ефективні квантові комп'ютери, здатні революціонізувати обчислювальні можливості людства.