Ученые создали систему с 3000 кубитами, работающую непрерывно более двух часов

Архитектура атомного массива для непрерывной перезагрузки. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09596-6

Архитектура квантовых компьютеров на нейтральных атомах стремительно развивается в последние годы, и недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature, демонстрирует новый прорыв в этой технологии. Команда исследователей из Гарварда разработала систему на основе массива из 3000 кубитов (нейтральных атомов), способную работать непрерывно более двух часов. Это значительно превосходит типичное время жизни атомов в ловушке, которое составляет около 60 секунд.

Обычно системы с массивами нейтральных атомов, таких как рубидий, используют высокофокусированные лазерные лучи, так называемые оптические пинцеты, для создания упорядоченной структуры. Отдельные атомы удерживаются в вакуумных условиях и используются в качестве кубитов для выполнения квантовых вычислений. Однако в процессе происходят потери атомов.

«Основная проблема таких систем связана с потерей атомов, вызванной ошибками в операциях запутывания, считывании состояния и ограниченным временем жизни в ловушке. Потери атомов требуют импульсного режима работы, что ограничивает производительность этих квантовых систем, включая глубину квантовых вычислений, точность атомных часов и скорость генерации запутанности в квантовых сетевых протоколах», — поясняют авторы исследования.

Новая система команды больше не требует импульсного режима работы. Вместо этого она использует систему из двух оптических решеток, похожую на конвейерную ленту, для транспортировки резервуаров с холодными атомами в рабочую зону. Там атомы помещаются в оптические пинцеты со скоростью перезагрузки 300 000 атомов в секунду, после чего инициализируется 30 000 кубитов в секунду для непрерывного пополнения массива из 3000 атомов. Команде удалось поддерживать эту скорость в течение более двух часов, сохраняя при этом когерентность и поляризацию кубитов, включая кубиты в суперпозиционных состояниях.

Эта система позволяет сохранять информацию даже при замене атомов, поскольку информация передается на новый массив атомов.

Хотя достижения впечатляют, команда считает, что систему можно улучшать. Скорость перезагрузки потенциально можно увеличить в пять раз, оптимизировав считывание и перестановку с помощью искусственного интеллекта и программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA). Также утверждается, что возможны создание более крупных массивов и увеличение времени работы за счет улучшения оптики и стабилизации.

«Кроме того, хотя текущие эксперименты демонстрируют непрерывную работу в течение более двух часов, достижение значительно более длительной работы потребует активной стабилизации перекрытия пинцетов SLM-AOD или процедур автоматического выравнивания лучей.

Наконец, более мощные лазеры для захвата и высокоэффективная дифракционная оптика, такая как метаповерхности, могут быть немедленно применены для масштабирования размера зоны хранения и подготовки, что поддержит непрерывную работу десятков тысяч атомных кубитов», — говорят исследователи.

Подобные достижения могут позволить создать более быстрые и надежные квантовые сети и распределение запутанности, а также способствовать разработке непрерывно работающих атомных часов и квантовых сенсоров с повышенной стабильностью и пропускной способностью.

Больше информации: Neng-Chun Chiu et al, Continuous operation of a coherent 3,000-qubit system, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09596-6. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2506.20660