Немецкие физики опубликовали теоретическую работу, которая указывает на новый физический барьер для масштабирования квантовых вычислителей. Согласно их выводам, квантовый эффект Зенона, при котором внешняя среда постоянно «наблюдает» за кубитами, способен не только замедлять вычисления, но и полностью останавливать их по мере усложнения задач.
В своей работе авторы обращают внимание на эффект, который может проявиться по мере увеличения мощности и размеров квантовых систем. Если до сих пор основными инженерными вызовами считались увеличение числа кубитов и борьба с шумами, то новая теория предполагает существование более глубинного физического барьера, связанного с так называемым квантовым эффектом Зенона.
Согласно выводам исследователей, этот эффект, заключающийся в подавлении эволюции квантовой системы при частых взаимодействиях с окружением, способен негативно влиять на производительность вычислений. В работе подчеркивается, что внешняя среда, даже при низких температурах, может выступать в роли непреднамеренного «наблюдателя», постоянно регистрирующего состояние кубитов. В результате естественный ход квантовых вычислений замедляется, а в ряде случаев может наступить полная остановка процесса.
Особое внимание ученые уделяют классу адиабатических квантовых компьютеров, которые часто применяются для оптимизационных задач и моделирования сложных молекул. Эти системы работают за счет постепенного изменения энергетического ландшафта, при котором кубиты должны оставаться в основном состоянии. Моделирование показало, что при масштабировании алгоритмов минимальный энергетический зазор между основным и возбужденными состояниями может уменьшаться. Это вынуждает замедлять вычисления для сохранения адиабатичности, а длительное время выполнения, в свою очередь, увеличивает подверженность внешним возмущениям и усиливает эффект Зенона.
Авторы отмечают, что проведенная работа носит теоретический характер, и полученные данные требуют проверки на реальном оборудовании. Вместе с тем, они предлагают и возможные пути решения проблемы. Среди них — совершенствование систем экранирования от тепловых и электромагнитных помех, а также применение техник динамической декогеренции, таких как спиновое эхо, позволяющих компенсировать нежелательные взаимодействия с окружением.
Ученые делают вывод, что простое наращивание количества кубитов не является универсальным решением для создания мощных квантовых машин. Для дальнейшего прогресса потребуется разработка более надежных методов контроля и изоляции квантовых состояний, чтобы предотвратить риск превращения квантового эффекта Зенона в серьезное препятствие для развития вычислительных технологий.
Читайте также: Дополнительные частицы в семействе бозонов Хиггса могут объяснить пробелы «Стандартной модели».