Подписаться на новости SCDAILY 

  • Yulia Mi

Квантовые компьютеры: на один шаг ближе

Квантовые компьютеры будущего смогут проводить вычисления, которые недоступны современным компьютерам. В частности квантовые системы смогут взломать шифры, которые сейчас используются для защиты электронных операций, или эффективно решать громоздкие задачи, количество возможных решений в которых не может быть обработано даже самым мощным из нынешних компьютеров. Исследователь профессор Барак Дайан (Barak Dayan), занимающийся научной работой в Лаборатории квантовой оптики Института Вейцмана, сделал открытие, которое позволит приблизиться на один шаг к созданию квантовых компьютеров. Ученому удалось разработать логический вентиль, который необходим для взаимодействия между квантовыми системами и внутри них.


Ученому удалось разработать логический вентиль, который необходим для взаимодействия между квантовыми системами и внутри них

В отличие от используемых в современной электронике битов, которые могут принимать значение 0 или 1, квантовые биты – кубиты – могут находиться в состоянии 0 и 1 одновременно. Такое явление называется квантовой суперпозицией, и именно оно позволяет квантовой электронике проводить большое количество вычислений параллельно.

Однако состояние квантовой суперпозиции существует до тех пор, пока оно не наблюдается и не измеряется каким-либо способом извне, другими словами, все возможные состояния «сливаются» в одно единственное значение при любых попытках считать информацию. Все это означает, что для того, чтобы кубиты существовали в нескольких состояниях одновременно, они должны быть хорошо изолированы от внешнего мира, однако в это же время они должны взаимодействовать и передавать информацию другим кубитам. Вот почему несмотря на то, что несколько лабораторий и частных компаний по всему миру уже продемонстрировали разработанные квантовые компьютеры (в малых масштабах) с несколькими десятками кубитов, проблема их масштабирования и доведения до системы в миллионы кубитов остается главным технологическим препятствием.


Одним из возможных решений этой проблемы является использование изолированных модулей с небольшим количеством кубитов, которые будут взаимодействовать между собой посредством оптических связей. Информация, хранимая в одном кубите (то есть в отдельном атоме или ионе), будет передаваться «летающим кубитом» - отдельной частицей света, называемой фотоном. Этот фотон может пройти через оптоволокно и передать информацию без воздействия окружающей среды на природу этой информации.


Квантовая оптическая лаборатория Дайана является одной из нескольких научных групп по всему миру, занимающихся только решением проблемы взаимодействия кубитов. Экспериментальные образцы Дайана состоят из отдельных атомов, сцепленных с уникальными микронными кварцевыми резонаторами, фотоны направляются прямо на них через специальное оптоволокно. В предыдущих экспериментах Дайан и его команда продемонстрировали возможность своей системы функционировать как переключатель, активируемый с помощью одного фотона, а также способ «вытащить» один фотон из вспышки света. В своих новых исследованиях ученым удалось впервые создать логический элемент, в котором фотон и атом автоматически обмениваются переносимой ими информацией. Об этом сообщается в журнале Nature Physics.


«Фотон переносит один кубит, атом переносит второй кубит», - говорит Дайан, - «Каждый раз, когда фотон и атом встречаются они обмениваются кубитами между собой автоматически и одновременно, затем фотон продолжает свой путь, перенося новый бит информации. В квантовой механике информация не может быть скопирована или стерта, поэтому такой обмен информацией – это фактически базовый блок записи и считывания – логический вентиль квантового взаимодействия».

Тип логического элемента – вентиль обмена информацией – может использоваться для обмена кубитами как внутри квантовых компьютеров, так и между ними. Такой элемент не нуждается во внешних контролирующих полях или системах управления, как утверждает Дайан, он может использоваться для взаимодействия между всеми типами материальных кубитов – не только атомами. Ученые верят, что такой логический вентиль станет неотъемлемой частью следующего поколения квантовых компьютерных систем.


#квантовыекомпьютеры #кубит #логическийвентиль #новостиквантовыйкомпьютер