Исследования в области квантовых систем в Ускорителе квантовых систем (QSA) неуклонно продвигают нас к созданию гибких и стабильных квантовых компьютеров, превосходящих современные классические машины.
Принципы работы квантовых систем
Хотя принципы, лежащие в основе квантовых систем, известны уже десятилетия, создание машин, использующих эти идеи, требует высокоточной инженерии. На этом уровне многие свойства, придающие квантовым вычислениям беспрецедентную мощь, также создают уникальные проблемы для их использования.
Системы с захваченными ионами
Системы с захваченными ионами стали одной из наиболее зарекомендовавших себя платформ для развития квантовых технологий. Эти системы используют электрические поля для захвата и перемещения ионов в квантовом процессоре, а также лазеры для управления их атомными и механическими квантовыми состояниями.
Эта архитектура позволяет создавать длинные цепочки взаимосвязанных кубитов, которые остаются в состоянии квантовой когерентности в течение длительных периодов времени, обеспечивая одни из самых многообещающих возможностей в квантовых исследованиях.
Инновации в архитектуре квантовых компьютеров
Группа исследователей QSA в Национальных лабораториях Сандии под руководством Джонатана Сторка разработала, изготовила и провела предварительные испытания чипа-ловушки, способного хранить до 200 ионов. Это устройство, получившее название «ловушка энчилада», включает в себя новые функции для снижения рассеивания радиочастотной (РЧ) мощности и несколько рабочих зон, соединённых переходами.
Эти особенности могут быть использованы в будущих ловушках, которым может потребоваться хранить на порядки больше кубитов.
Параллельные операции в квантовых системах
Команда QSA в Университете Мэриленда под руководством Инъюэ Чжу решила эту задачу, выполнив параллельные операции в системе с захваченными ионами. Предыдущие установки сталкивались с проблемой того, что параллельные операции с кубитами мешали друг другу, поскольку все шлюзы использовали один и тот же набор режимов движения.
Чжу и его коллеги смогли решить эту проблему, одновременно управляя кубитами в разных направлениях в пространстве и, следовательно, разными вибрационными моделями, что позволило им работать одновременно без помех и с минимальными накладными расходами.
Физический анализ «никового удара» в сквоше
В сквоше «никовый удар» — это решительный удар, который отправляет мяч в нижнюю часть стены, и он катится по полу, не отскакивая, оставляя оппоненту мало шансов на возврат.
Команда исследователей под руководством профессора инженерии Роберто Дзенита из Университета Брауна выяснила физику, стоящую за этим ударом, показав, как идеальное размещение и правильный накат способствуют уничтожению отскока мяча.
Исследование опубликовано в «Proceedings of the National Academy of Sciences». Дзенит и его команда использовали воздушную пушку для имитации различных условий, необходимых для выполнения никового удара, и разработали математическую модель, объясняющую этот феномен.
Модель показала, что никовый удар происходит, когда мяч сохраняет контакт со стеной достаточно долго, чтобы скатиться вниз и коснуться пола. Дзенит и его коллеги предлагают игрокам в сквош стратегию для увеличения вероятности выполнения никового удара: бить по мячу сильно и с небольшим верхним вращением.
Эта модель имеет значение не только для сквоша, но и для других механических систем, где требуется демпфирование или предотвращение определённых движений. Дзенит подчёркивает, что цель работы — продемонстрировать силу науки в объяснении мира.