У попередньому відео ми з’ясували, що кубіт — це не математична абстракція, а реальна надпровідникова електрична схема. Але тоді виникає логічне питання. Якщо кубіт — це фізичний пристрій, то як змусити його перейти зі стану 0 у суперпозицію або виконати будь-яку іншу квантову операцію?
Відповідь може здивувати. У квантовому процесорі не існує окремих деталей, які називаються воротами Адамара, X чи CNOT. Квантові ворота — це не фізичні елементи на чипі, а керовані фізичні процеси, які змінюють стан кубітів.
У надпровідникових квантових комп’ютерах для цього використовують надзвичайно короткі мікрохвильові імпульси. Це ті самі електромагнітні хвилі, що застосовуються у Wi-Fi, мобільному зв’язку чи мікрохвильових печах, але набагато слабші, коротші й набагато точніше керовані. Вони надходять до кубіта через спеціальні керуючі лінії. Якщо правильно вибрати частоту, тривалість, амплітуду та фазу такого імпульсу, квантовий стан кубіта зміниться саме так, як потрібно для виконання певної операції.
Кожнім квантовим воротам відповідає свій набір параметрів мікрохвильового імпульсу. Наприклад, один набір реалізує ворота X і переводить кубіт зі стану 0 у стан 1. Інший реалізує ворота Адамара і створює суперпозицію. Ще один змінює лише фазу квантового стану. Іншими словами, різні квантові ворота відрізняються не деталями всередині процесора, а способом керування одним і тим самим кубітом.
Тривалість одного такого імпульсу зазвичай становить лише кілька десятків наносекунд. Але цього цілком достатньо, щоб кубіт виконав потрібну квантову операцію.
Ще складніше працюють двокубітні ворота, наприклад CNOT. У цьому випадку потрібно не просто змінити стан одного кубіта, а на дуже короткий час створити керовану взаємодію між двома кубітами. Саме така взаємодія дозволяє створювати квантову заплутаність, без якої неможлива робота більшості квантових алгоритмів.
Фактично під час виконання програми квантовий процесор отримує не команди на кшталт «виконати ворота H» чи «виконати CNOT», а точно розраховану послідовність мікрохвильових імпульсів. Саме вони і є фізичним втіленням тих квантових воріт, які ми звикли бачити на схемах.
Але виникає ще одне цікаве питання. Хто саме розраховує всі ці імпульси? Як програма, написана програмістом, перетворюється на сотні або навіть тисячі надзвичайно точних фізичних сигналів, що керують кубітами?
Додаткову інформацію дивись на сторінці “Наш Всесвіт“.