Квантовый компьютер похож на оркестр, где каждый музыкант играет свою партию. Пока инструментов мало, дирижёр может управлять каждым отдельно. Но когда музыкантов тысячи, индивидуальные команды становятся неподъёмными. Физики из Принстона и Чикаго нашли способ дирижировать всем оркестром сразу, не теряя сложности музыки.
Их инструмент — решётка из атомов рубидия и цезия, охлаждённых почти до абсолютного нуля. Эти атомы можно переводить в возбуждённое состояние лазером, и соседние атомы начинают «чувствовать» друг друга. Если подавать на всю решётку одинаковые импульсы, атомы сами организуются в нужные узоры — как муравьи, которые без центрального управления строят сложные тоннели. Такой подход называют квантовым клеточным автоматом.
Другой автомат, использующий новый тип вентиля через промежуточный атом, позволил создать состояния Белла с точностью 96.7% — это базовый кирпичик квантовых вычислений. Из таких кирпичиков собрали кластерные состояния из 17 кубитов и графовые состояния с высокой связностью.
Результат показывает: чтобы получить богатую квантовую динамику, не нужно управлять каждым атомом по отдельности. Достаточно общих команд и правильного соседства. Это шаг к квантовым компьютерам, которые можно наращивать без лавины управляющей электроники. И заодно — новый взгляд на то, как сложное поведение рождается из простых правил.
Точность 96.7% для состояния Белла означает, что из 1000 попыток только 33 оказываются с ошибкой. Для квантовых вычислений это уже пригодно для коррекции ошибок.