Учеными из Университета Инсбрука в Австрии представлен новый тип универсального квантового компьютера, который использует многоуровневые квантовые системы, называемые кубитами. В отличие от двухуровневых кубитов, которые несут информацию о двух основных состояниях “0” и “1”, кубиты описываются суперпозицией большего количества состояний, что позволяет реализовать сложные квантовые алгоритмы. Статья о проведенном исследовании опубликована в журнале Nature Physics.
Сообщается, что новый квантовый процессор состоит из ионов изотопа кальция-40, захваченных ловушкой Пауля, в которой частицы удерживаются магнитным полем в 4,4 Гаусса. Квантовая информация закодирована в основном электронном состоянии и в возбужденном состоянии ионов. В присутствии магнитного поля основное электронное состояние расщепляется на два подуровня за счет эффекта Зеемана, а возбужденное состояние – на шесть подуровней. Таким образом, каждый ион кальция-40 поддерживал кудит с восемью уровнями.
Известно, что современные компьютеры опираются на двоичную информацию, работая с единицами и нулями. Квантовые компьютеры основаны на той же системе. В них используются кубиты, которые копируют биты классического компьютера, но с использованием квантовой технологии.
Авторы нового исследования смогли пойти дальше. Они создали компьютер, выполняющий вычисления с использованием кудитов. Это квантовые биты, которые могут обеспечить значительно большую вычислительную мощность.
Учеными отмечается, что большинство квантовых компьютеров могут достигать большего количества квантовых состояний, чем требуется для выполнения вычислений. Например, компьютер из Университета Инсбрука хранит информацию в пойманных в ловушку атомах кальция, которые могут существовать в восьми различных состояниях, хотя обычно используются только два.
Специалисты смогли шире использовать потенциал квантового компьютера. Вычисления проводились с использованием многоуровневых ячеек квантовой памяти на основе ионов кальция. В будущем, как подчеркивается исследователями, они планируют повысить ее точность, используя высокочастотные ловушки и мощные магниты для удержания ионов.
