В 2017 году физики создали квантовый симулятор, состоящий из 51 кубита. В этой более старой системе ультрахолодные атомы рубидия захватывали при помощи оптических пинцетов и располагали их в определенном порядке. Размер системы был ограничен из-за того, что она представляла собой двумерный массив. В новом исследовании физики смогли добавить третье измерение и увеличили размер квантового симулятора до 256 кубитов.

Квантовый симулятор представляет собой вычислитель, который способен описывать сложные процессы, наблюдаемые, например, внутри сверхпроводников. В отличие от квантового компьютера, такие устройства не могут решать широкий круг задач — они заточены под конкретную проблему, такую как описание поведения частиц внутри материала.

Такой тренажер уже позволил исследователям наблюдать несколько экзотических квантовых состояний материи, которые никогда ранее не были реализованы экспериментально, и описать с высокой точностью квантовый фазовый переход. Эти эксперименты дают более полное представление о квантовой физике, лежащей в основе свойств материалов, и могут помочь ученым понять, как создавать новые материалы с экзотическими свойствами.

Ранее физикам удавалось создать лишь двумерные версии таких систем ввиду сложности контроля отдельных атомов оптическими пинцетами. Теперь ученые смогли ввести в устройства и третье измерение, увеличив число кубитов в системе в 5 раз. В будущем авторы планируют улучшить контроль над атомами вычислителя и сделать его более программируемым.

Статья опубликована в журнале Nature.