Китайские ученые сделали большой шаг вперед в области квантовых вычислений, разработав Xiaohong, впечатляющий 504-кубитный квантовый чип. Это достижение представляет собой значительный шаг к совершенствованию систем, управляющих поведением кубитов в квантовых компьютерах, и открывает путь к более продвинутым вычислительным возможностям.
Квантовые вычисления — это быстро развивающаяся и революционная область, которая обещает радикально изменить наш подход к решению самых сложных вычислительных задач. В отличие от традиционных компьютеров, использующих обычные биты, которые могут иметь значение 0 или 1, квантовые компьютеры используют кубиты - единицы квантовой информации, которые могут существовать одновременно в нескольких состояниях. Эта уникальная особенность позволяет квантовым компьютерам выполнять вычисления параллельно, обеспечивая потенциально непревзойденную скорость обработки данных.
Квантовые чипы — это фундаментальные компоненты квантовых компьютеров. Отвечая за манипулирование и хранение информации, они содержат несколько кубитов, которыми можно манипулировать для выполнения различных операций, таких как запутывание, суперпозиция и операции квантовой логики. Чем больше количество кубитов в квантовом чипе, тем больше возможностей для выполнения сложных вычислений и решения трудных задач.
Кроме того, квантовая когерентность кубитов является важным элементом для надежной работы квантовых чипов. Под квантовой когерентностью понимается способность кубитов сохранять свои суперпозиции и запутанные состояния в течение длительного периода времени, что необходимо для точных и надежных квантовых операций.
Однако поддержание такой когерентности в течение достаточно длительного периода времени является одной из главных технических проблем при создании квантовых чипов с большим количеством кубитов. Это связано с различными внешними и внутренними факторами, которые могут нарушить квантовую когерентность кубитов, что приводит к явлению, известному как декогеренция.
К факторам окружающей среды относятся перепады температуры, механические вибрации, внешние электромагнитные поля и другие внешние помехи, которые могут нарушить хрупкие квантовые состояния кубитов. Внутренние факторы включают несовершенство материалов квантовых чипов, флуктуации тока и другие источники внутреннего шума.
Чтобы преодолеть эти трудности, исследователи используют различные инженерные приемы, позволяющие изолировать кубиты от окружающей среды, уменьшить источники шума и повысить стабильность квантовых операций. Среди них — использование сверхпроводящих материалов для снижения рассеивания энергии и поддержания экстремально низких температур, а также разработка протоколов квантовой коррекции ошибок для обнаружения и исправления ошибок, возникающих в результате декогеренции.
Недавно ученые использовали эти подходы для разработки Xiaohong, который на сегодняшний день считается самым большим квантовым чипом, созданным в Китае. Благодаря 504 кубитам он призван оптимизировать производительность облачных квантовых вычислительных платформ, предоставляя исследователям по всему миру возможность проводить исследования сложных проблем и ускорять применение квантовых вычислений в различных областях.
Другими словами, целью Xiaohong является не прямая конкуренция с передовыми технологиями США, а стимулирование развития квантовых вычислений в глобальном масштабе.
В частности, ученые, стоящие за разработкой Xiaohong, выразили надежду, что чип будет способствовать развитию крупномасштабных систем квантовых измерений и управления (QCMCS). Эти системы будут играть решающую роль в соединении традиционных и квантовых компьютеров, обеспечивая более плавную интеграцию квантовых возможностей в традиционные вычислительные среды.