Физики из Нидерландов и США создали квантовый компьютер на основе алмаза, в котором кубиты были представлены гибридной системой. По информации PhysOrg.com, в роли первого кубита выступило ядро атома азота (примесь в алмазе), в роли второго – электрон. Точнее, кубиты были представлены спинами этих частиц.

Квантовые ячейки на основе одних электронов в каком-либо твёрдом теле, по идее, способны проводить быстрые вычисления, но эти частицы очень быстро теряют связанное состояние. Ядро «держится» намного дольше. В смешанном компьютере физики и вовсе придумали оригинальную защиту от декогеренции.

Фактически авторы нового устройства решали такую проблему. Помимо взаимодействия двух кубитов (спин электрона — оранжевый цвет на рисунке под заголовком, спин ядра — фиолетовый), существует и вмешательство окружающей среды (прямоугольник цвета морской волны).

При помощи микроволновых импульсов авторы работы регулярно меняли спин электрона. По словам одного из авторов опыта Дэниела Лидара (Daniel Lidar) из университета Южной Калифорнии (USC), это было похоже на путешествие во времени: воздействие на электрон уничтожало появляющееся было рассогласование между параметрами двух частиц.

Это искусственное вмешательство позволяло периодически отсекать вредное воздействие среды, так что остающегося времени хватало на выполнение квантовых операций. При этом внутренний резонанс в такой спин-спиновой системе помогал избежать конфликта между добавкой этих внешних импульсов и выполнением поставленной задачи.

Чтобы показать, что их система в алмазе работает именно в квантовом режиме, команда выполнила на этом компьютере алгоритм Гровера. Упрощённо его можно представить как поиск имени в телефонной книге, если вам известен только телефон.

В классической ситуации вы можете наткнуться на этот номер на первых страницах, выбираемых наугад, а можете – на последних. При большом числе таких заданий вы будете находить нужного человека перелистав, в среднем, половину книги. Но квантовый компьютер в силу принципа суперпозиции состояний решит такую задачу намного быстрее. Образно говоря, ему правильный ответ будет попадаться, в основном, в самом начале перебора.

В данном случае машина, оперируя защищёнными кубитами, делала правильный выбор с первого раза около 95 процентов времени, что было бы невозможно при классическом переборе. (Подробности эксперимента можно найти в статье в Nature).