Сотрудники НИТУ МИСИС, Московского физико-технического института, «Сколтеха», Российского квантового центра, МГУ имени Ломоносова и Математического института им. Стеклова разработали идею принципиально новой организации вычислений на основе нейтральных атомов, что потенциально способно преодолеть одну из основных сложностей при увеличении производительности подобных вычислительных машин.

В действующих моделях взаимодействие между кубитами, находящимися на значительном удалении друг от друга, обеспечивается через последовательность промежуточных частиц, вследствие чего вероятность возникновения ошибок возрастает с увеличением количества компонентов в устройстве. Предлагаемая инновационная конструкция предусматривает применение специализированных атомов-посредников, которые способны передавать квантовую информацию между вычислительными кубитами вне зависимости от расстояния между ними.

В соответствии с разработанной концепцией, элементы для вычислений остаются зафиксированными в массиве оптических ловушек, а перемещающиеся атомы-посредники мигрируют между ними, осуществляя передачу квантовых состояний.

Специалисты описали пять различных конфигураций данной архитектуры, которые отличаются методами транспортировки посредников: начиная от их передвижения в оптических ловушках и заканчивая схемами с использованием свободного полёта атомов и методом квантовой телепортации.

Согласно мнению создателей исследования, наиболее подходящей для внедрения на текущем этапе является двухсторонняя конвейерная архитектура, поскольку требуемые экспериментальные инструменты уже разработаны. Результаты работы, опубликованы в журнале Physical Review A.

Современные квантовые вычислительные устройства, использующие нейтральные атомы, можно сравнить с населенным пунктом, где коммуникация возможна исключительно с непосредственными соседями. Для передачи данных на противоположную сторону поселения необходимо передавать их от одного жителя к другому – и при этом неизбежно происходят небольшие искажения смысла. Наша разработка представляет собой схему, в которой количество необходимых действий является постоянным и не зависит от масштаба системы; таким образом, информация обходит излишние этапы передачи и достигает адресата без потери точности.