Новый чип может стать основой первого реального квантового компьютера - «Наука и технологии»

Повторяясь наверное уже в сотый раз, напомним нашим читателям, что в настоящее время квантовые компьютеры считаются самыми перспективными кандидатами на роль высокопроизводительных вычислительных систем будущих поколений. Однако, несмотря на массу проводимых в направлении квантовых вычислений исследований и экспериментов, реальные квантовые компьютеры так и продолжают оставаться лишь чем-то из разряда научной фантастики. Тем не менее, проводимые исследования иногда дают положительные результаты, и к таким результатам, безусловно, можно отнести новый чип, которые имеет потенциал стать ядром квантовой вычислительной системы любого уровня сложности.

Квантовые компьютеры имеют более высокую вычислительную мощность, нежели традиционные компьютеры, за счет использования ими в своих интересах некоторых причудливых законов квантовой механики. Единицей информации в классических вычислительных системах является бит, который может принимать два значения - 1 и 0, основой квантовых систем является квантовый бит, кубит, который, помимо двух указанных ранее значений, может содержать оба этих значения одновременно - находиться в так называемом состоянии квантовой суперпозиции. И это позволит квантовым системам работать гораздо быстрее традиционных при решении тяжелых вычислительных задач определенного класса.

Ученым уже достаточно неплохо удается создание примитивных квантовых вычислительных систем, в которых используются два или три кубита, однако увеличение числа кубитов, что требуется для создания полноценных высокопроизводительных компьютеров, связано с преодолением многих трудностей и проблем технического плана. Конечно, некоторые могут вспомнить квантовые компьютеры канадской компании D-Wave, количество кубитов в которых исчисляется сотнями, но как бы там ни было, в настоящее время еще не получены убедительные и окончательные доказательства истинно квантовой природы этих вычислительных систем.

Согласно информации от Technology Review, исследователи из университета Мэриленда создали универсальный квантовый чип, на кристалле которого находятся пять кубитов, который представляет собой универсальный модуль для квантового компьютера. Эти модули допускают последовательное их соединение, что позволит создавать на их основе квантовые вычислительные системы со сколь угодно большим количеством кубитов.

В качестве кубитов в новом устройстве выступают пять ионов иттербия, пойманных в специальной ловушке, состоящей из сильных электромагнитных полей. При помощи импульсов лазерного света с определенными параметрами можно управлять состоянием этих ионов, т.е. записывать в них необходимую квантовую информацию. Поскольку ионы являются носителем однополярного электрического заряда, они оказывают влияние друг на друга, а дополнительное влияние может быть обеспечено путем изменения параметров электрических и магнитных полей, удерживающих эти ионы в ловушке. Используя комбинации параметров полей, можно построить на основе этих пяти ионов квантовые вычислительные цепи, которые будут выполнять необходимую в данный момент обработку хранящейся в кубитах информации.

Испытывая новый чип, исследователи реализовали при его помощи обработку квантовой информации при помощи практически всех существующих базовых алгоритмов, которые являются более сложными, нежели алгоритмы, функционирующие в традиционных компьютерах.
А в ближайшем времени исследователи планируют соединить несколько одинаковых чипов в единую цепочку, получив прототип квантового компьютера, обладающего большой вычислительной мощностью и способного выполнять сложную обработку квантовой информации. И, если исследователям удастся сделать это, то момент появления первых реальных квантовых компьютеров может значительно приблизиться, перейдя в разряд обозримого будущего.