Квантовый компьютер впервые заработал в космосе вопреки помехам

Обычно квантовые компьютеры работают в лабораториях, где ученые могут тщательно контролировать температуру, вибрации, освещение и другие внешние факторы. В космосе таких условий нет. Поэтому главной задачей эксперимента было не выполнение сложных вычислений, а проверка самой возможности работы квантового процессора за пределами лаборатории.

Разработанный в Венском университете прибор использует фотоны. Внутри него находится фотонный чип, источники одиночных фотонов и детекторы, которые регистрируют их поведение. Всю систему пришлось уменьшить до размеров небольшой спутниковой полезной нагрузки и подготовить к запуску на ракете Falcon 9. Сам спутник вышел на низкую околоземную орбиту на высоте около 510 км.

Перед полетом исследователи специально испытывали оборудование на вибрацию и удары, которые возникают во время запуска ракеты. Однако даже этих испытаний оказалось недостаточно, чтобы все компоненты без проблем пережили полет.

На борту установили шесть кремниевых лавинных фотодиодов. Они нужны для регистрации отдельных фотонов. После выхода на орбиту нормально работать смогли только три детектора.

Затем возникла другая проблема. Яркий солнечный свет создавал настолько сильный фон, что проводить точные измерения стало практически невозможно. Спасением стали участки орбиты, на которых спутник проходил в тени Земли. Такое происходит примерно раз в 92 минуты, а подходящее для эксперимента окно длится около получаса.

От солнечного света команда смогла уйти в тень, но полностью спрятать прибор от космической радиации не получилось. Квантовый компьютер защитили корпусом из авиационного алюминия толщиной в несколько сантиметров. Он помог снизить воздействие электронов, но не смог полностью остановить протоны.

Из-за этого чувствительные фотонные детекторы постепенно деградировали.

Еще одна проблема обнаружилась в лазерной системе. Клей, которым один из элементов закрепили перед запуском, оказался неподходящим для вакуума. Он начал выделять вещества, осевшие на оптических деталях. В результате мощность лазера во время наземных испытаний упала с 20 до 4 мВт. После того как выяснилась причина, менять уже установленный на спутнике компонент было поздно.

Несмотря на повреждения, ученым удалось провести главный эксперимент. Они проверили, способны ли фотоны внутри процессора сохранять необходимое для квантовых вычислений сходство.

На Земле команда уже знала, при какой температуре кристалла возникает наиболее выраженный эффект интерференции фотонов. Оказалось, что в космосе максимум наблюдался примерно при тех же 32,5 °C. Это подтвердило, что фотонная схема сохранила свои квантовые свойства даже после запуска и работы на орбите.

Пока такой компьютер не способен самостоятельно обрабатывать большие потоки данных со спутника. Однако эксперимент показал, что фотонный квантовый процессор можно сделать достаточно компактным и вывести в космос. В будущем подобные системы могут использоваться непосредственно на спутниках, а также для создания квантовых линий связи между орбитальными аппаратами и Землей.

Квантовый компьютер впервые воспроизвел рождение новых частиц из энергии

В Германии запустили квантовый компьютер на ионах иттербия

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX