Исследователи продемонстрировали работоспособный элемент Тоффоли, реализованный на базе трех-кубитной квантовой системы - «Наука и технологии»

Исследователи из китайского Научно-технического университета (University of Science and Technology of China) продемонстрировали первую практическую реализацию так называемого логического элемента Тоффоли (вентиля Тоффоли, Toffoli gate), на базе которого был создан простейший квантовый процессор с шестью квантовыми полупроводниковыми точками, кубитами. Отметим, что данный случай является первой реализацией элемента Тоффоли в виде полупроводниковой квантовой системы и данное достижение дает начало возможности создания полупроводниковых квантовых вычислительных систем более крупного масштаба.

Отметим, что логический элемент Тоффоли представляет собой самый универсальный из существующих логических элементов. Он был изобретен Томасом Тоффоли в 1980 году и представляет собой логический элемент с тремя входами и выходами. Позже было доказано, что, используя только этот элемент, можно создать любую произвольную логическую схему, включая и схему микропроцессора. Кроме этого, на свете существуют квантовые варианты элемента Тоффоли, которые достаточно часто используются в технологиях квантовых вычислений.

Новая квантовая реализация элемента Тоффоли состоит из трех кубитов, один из которых содержит результат выполнения операции, а два других - исходные данные. Этот элемент является основой всех квантовых систем коррекции ошибок, но все подобные элементы, созданные ранее, состояли из шести управляемых инверторов и требовали использования десяти кубитов.

В результате работы, проделанной китайскими исследователями, им удалось создать элемент Тоффоли, имеющий уникальную архитектуру и состоящий только из трех кубитов. А используя два таких элемента, исследователи создали прототип примитивного квантового процессора, способного выполнять простейшие квантовые операции и управляемого при помощи импульсов высокочастотного излучения.

Сокращение количества кубитов в элементе Тоффоли повлечет в будущем за собой резкое сокращение сложности квантовых систем и увеличение их эффективности, что сделает технологии полупроводниковых квантовых вычислительных систем гораздо ближе к моменту начала их практического использования.