Ученые из Университета Южной Калифорнии разработали новаторское решение, которое может устранить одно из главных препятствий на пути к созданию универсальных квантовых компьютеров. Их идея заключается в использовании так называемой «мусорной» частицы — неглектона, ранее считавшейся бесполезной. Эта частица, добавленная к анионам Изинга, позволяет выполнять полный набор логических операций, необходимых для универсальных квантовых вычислений. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Проблема квантовых компьютеровСовременные квантовые компьютеры сталкиваются с серьёзной проблемой: кубиты — базовые единицы квантовой информации — крайне чувствительны к внешним воздействиям, таким как шум, температура или электромагнитные помехи. Это приводит к ошибкам и ограничивает масштабируемость систем. Одним из перспективных решений считается топологическая квантовая вычислительная система, где информация кодируется не в состоянии частиц, а в их геометрических свойствах, например, в траекториях их движения в двумерном пространстве. Такие системы более устойчивы к возмущениям.
Наиболее изученные кандидаты для реализации таких систем — анионы Изинга, квазичастицы, которые могут существовать в определённых материалах. Однако их возможности ограничены: они способны выполнять лишь узкий набор операций, недостаточный для полноценного квантового компьютера.
Роль «мусорной» частицыКоманда под руководством математика Аарона Лауды предложила неожиданное решение: добавить к анионам Изинга частицу нового типа — неглектон (от англ. neglect — «пренебрегать»). Эти частицы ранее исключались из расчетов, так как считались математически бесполезными из-за их «нулевого квантового следа». Однако Лауда и его коллеги обнаружили, что неглектоны могут стать ключом к универсальности.
«Мы нашли способ использовать то, что прежде считалось математическим мусором», — отметил Лауда. — «Если разместить такой неглектон в центре и обводить его анионами Изинга, можно реализовать все нужные логические операции».
Схема предполагает, что неподвижный неглектон, окружённый движущимися анионами Изинга, позволяет создавать полный набор квантовых вентилей, необходимых для универсальных вычислений. Это делает систему способной решать любые задачи, которые можно запрограммировать на квантовом компьютере.
Перспективы и вызовыАвторы исследования подчёркивают, что их идея пока теоретическая, но открывает новые возможности для создания устойчивых квантовых компьютеров. Главный вызов — найти материалы, в которых можно реализовать неподвижный неглектон. Если это удастся, технология может использовать уже хорошо изученные анионы Изинга, дополненные новым элементом.
«Если это получится, мы сможем построить универсальный квантовый компьютер, используя уже хорошо изученные частицы. Все, что не хватало, — это кусочек, который раньше никто не замечал», — заключил Лауда.
Значение открытияТемная материя квантовых вычислений — устойчивость к ошибкам — остаётся одной из главных проблем в развитии этой технологии. Топологические системы, такие как предложенная Лаудой, могут стать решением благодаря своей устойчивости к внешним помехам. Использование «мусорной» частицы — неглектона — не только решает проблему ограниченности анионов Изинга, но и демонстрирует, как неожиданные математические элементы могут радикально изменить подход к технологиям.
ИтогиОткрытие команды Университета Южной Калифорнии может стать прорывом в создании универсальных квантовых компьютеров. Введение неглектона позволяет использовать анионы Изинга для выполнения полного спектра квантовых операций, делая систему более устойчивой и универсальной. Хотя практическая реализация потребует поиска подходящих материалов, эта работа уже сейчас задаёт новое направление в исследованиях квантовых технологий. В будущем учёные надеются протестировать эту схему в лабораторных условиях, что может приблизить эру масштабируемых и надёжных квантовых компьютеров.
Следите за NEWS.am Tech на Facebook и Twitter