Главная сложность масштабирования систем на ридберговских атомах заключалась в их ограниченном радиусе действия – они эффективно взаимодействуют только с ближайшими соседями. Чтобы передать информацию между дальними частями чипа, ее приходилось пересылать по цепочке промежуточных узлов, что экспоненциально увеличивало риск сбоев.
Новая концепция вводит роль мобильных посредников:
- Стационарная сеть: основные вычисления происходят в массиве неподвижных атомов-кубитов, удерживаемых оптическими пинцетами.
- Атомы-курьеры: специальные подвижные частицы забирают квантовое состояние у одного узла, физически перемещаются (или телепортируют его) к другому узлу и передают данные.
Всего предложено пять вариантов реализации этой идеи, включая схемы с движущимися лазерными ловушками («конвейер»), свободный полет атома-снаряда и гибридные методы с использованием квантовой телепортации.
«Существующие квантовые процессоры на нейтральных атомах напоминают город, в котором можно разговаривать только с ближайшим соседом. Но чтобы отправить сообщение на другой конец города, придется передать его от человека к человеку — и каждый раз смысл будет немного искажаться. Мы предложили схему, в которой число операций фиксировано и не зависит от размера системы, то есть информация минует лишние звенья цепи и доходит в первозданном виде», – говорит к.ф.-м.н. Иван Дудинец, научный сотрудник Российского квантового центра.
По словам директора Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС Алексея Федорова, предложенные схемы имеют высокий потенциал для практической сборки в лаборатории уже сегодня. Наиболее близкой к внедрению считается двунаправленная конвейерная технология, так как все ее базовые компоненты успешно проверены экспериментально.
