Niedawno amerykańska Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA) podsumowała wyniki pierwszej fazy programu ONISQ, który miał wybrać podstawę dla pierwszej generacji komputerów kwantowych na potrzeby wojska. Za najbardziej obiecujący kierunek uważa się kubity zbudowane z neutralnych atomów Rydberga, w badaniach stosowanych, które odnieśli sukces naukowcy z Uniwersytetu Harvarda pod przewodnictwem absolwenta MIPT, profesora Michaiła Łukina.
Program ONISQ, czyli Optymalizacja z Noisy Intermediate-Scale Quantum, co można przetłumaczyć na rosyjski jako optymalizacja z hałaśliwymi systemami kwantowymi średniej skali, rozpoczął się w maju 2020 roku. Rozważano między innymi inne warianty kubitów, w tym dobrze zbadane kubity nadprzewodzące i kubity zbudowane z naładowanych atomów (jonów).
„Kubity Rydberga mają tę użyteczną cechę, że są jednorodne pod względem swoich właściwości, co oznacza, że zachowanie każdego kubitu od następnego jest nie do odróżnienia” – powiedział dr Mukund Vengalattore, kierownik programu ONISQ w Biurze Nauk Obronnych DARPA. „Nie dotyczy to innych platform, takich jak kubity nadprzewodzące, gdzie każdy kubit jest unikalny i dlatego nie można go stosować zamiennie”.
Schłodzone neutralne atomy z łatwością układają się w układy i mogą losowo programować obwody kwantowe lub algorytmy za pomocą pęsety optycznej (wiązki lasera o dużej gęstości), która przesuwa kubity w żądane pozycje przed rozpoczęciem obliczeń. Względną prostotę i niezawodność pracy z atomami neutralnymi udowodnił zespół Lukina w niedawnej pracy, w której pokazał bezbłędne działanie układu kwantowego składającego się z 48 kubitów logicznych na układzie z 280 kubitów fizycznych.
Utworzenie łańcucha 48 kubitów logicznych na kubitach nadprzewodzących wymagałoby aż 5000 kubitów fizycznych, co dziś wydaje się problematyczne, nawet biorąc pod uwagę niedawną zapowiedź procesora IBM Condor ze 1121 kubitami.
Zespół Lukina zadowolił się prostszym układem kwantowym i według doniesień wszystkie 48 kubitów logicznych zostało splątanych, co było decyzją DARPA. Co prawda z zapowiedzi nie wynika, jaki związek ma zespół agencji z pracą naukowców.
„Gdyby ktoś trzy lata temu, kiedy rozpoczynał się program ONISQ, przewidział, że obojętne atomy Rydberga [wzbudzony atom z jednym lub większą liczbą elektronów o bardzo wysokiej głównej liczbie kwantowej] będą mogły funkcjonować jako kubity logiczne, nikt by w to nie uwierzył” powiedział dr Guido Zuccarello, doradca techniczny DARPA. „To dla DARPA okazja do postawienia na potencjał tych mniej zbadanych kubitów w połączeniu z lepiej zbadanymi jonami i obwodami nadprzewodzącymi”. Jako program badawczy ONISQ dał naukowcom swobodę odkrywania unikalnych i nowatorskich zastosowań wykraczających poza prostą optymalizację. W rezultacie zespołowi pod przewodnictwem Harvardu udało się wykorzystać znacznie większy potencjał kubitów Rydberga i przekształcić je w kubity logiczne, co jest bardzo znaczącym odkryciem”.