Ученые из Университета Южной Калифорнии создали квантовый компьютер на основе алмаза, преодолев проблему декогеренции – «шума», который является одним из самых главных технических препятствий на пути создания квантовых компьютеров.

Современные квантовые компьютеры, как правило, очень малы и пока не могут конкурировать в быстродействии с традиционными компьютерами. Эксперимент американских ученых показывает жизнеспособность твердотельных квантовых компьютеров, которые, в отличие от современных опытных образцов на жидкой основе, могут быть масштабированы и применяться на практике.

Ученые создали алмазный квантовый компьютер с двумя квантовыми битами, так называемыми кубитами. В отличие от традиционных битов, которые работают с состояниями «1» или «0», квантовый компьютер может работать, как с «1» и «0», так и с обоими состояниями одновременно. Это называется состоянием суперпозиции и позволяет квантовым компьютерам выполнять миллионы вычислений одновременно.

Как и все алмазы, алмаз, используемый в эксперименте, имел примеси. В ювелирном деле чем больше примесей, тем менее ценен алмаз, поскольку это снижает его блеск и прозрачность. Однако для квантового компьютера примеси, наоборот, полезны. Так, спин ядра азота внутри алмаза стал первым кубитом, а электрон – вторым.

Электроны меньше ядер и выполняют вычисления гораздо быстрее, но они также подвержены более быстрой декогеренции. Кубит на основе ядра (которое по размеру больше электрона) работает гораздо стабильнее, хоть и медленнее.

Благодаря использованию ядра в качестве кубита время декогеренции удалось растянуть на миллисекунды, чего достаточно для надежных вычислений.

Хотя твердотельные вычислительные системы существовали и раньше, американским ученым впервые удалось «встроить» в нее защиту от декогеренции и сделать важный шаг на пути к применению квантовых компьютеров. Команда исследователей доказала, что их система действительно работает в квантовом режиме и практически полностью соответствует алгоритму Гровера.