Упрощенный квантовый компьютер можно сделать из готовых компонентов

Когда-нибудь квантовые компьютеры могут заменить старые классические компьютеры, но пока их сложность ограничивает их полезность. Инженеры из Стэнфорда продемонстрировали новую относительно простую конструкцию квантового компьютера, в которой отдельный атом запутан с серией фотонов для обработки и хранения информации.

Читай также: Выпущен первый коммерческий квантовый компьютер

Квантовые компьютеры подключаются к странному миру квантовой физики, чтобы выполнять вычисления намного быстрее, чем это могут сделать традиционные компьютеры. Там, где существующие машины хранят и обрабатывают информацию в битах, как единиц, так и нулей, квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут существовать как единица, ноль или как суперпозиция как единицы, так и нуля одновременно. Это означает, что их мощность экспоненциально увеличивается с каждым добавленным кубитом, что позволяет им решать проблемы, недоступные для классических компьютеров.

Конечно, квантовые компьютеры несут с собой свои проблемы. Во-первых, квантовые эффекты, на которых они работают, чувствительны к возмущениям, таким как вибрация или тепло, поэтому квантовые компьютеры необходимо поддерживать при температурах, приближающихся к абсолютному нулю. Таким образом, их сложность зависит от вычислительной мощности машины, поэтому они становятся физически крупнее и громоздче по мере увеличения вычислительной мощности.

Читай также: Для квантовых компьютеров создали первые отладчики программ

Но команда Стэнфорда утверждает, что их новый дизайн обманчиво прост. Это фотонная схема, созданная с использованием нескольких уже имеющихся компонентов - оптоволоконного кабеля, светоделителя, двух оптических переключателей и оптического резонатора - и она может уменьшить количество необходимых физических логических переключателей.

“Обычно, если вы хотите построить такой тип квантового компьютера, вам придется взять потенциально тысячи квантовых излучателей, сделать их все совершенно неразличимыми, а затем интегрировать их в гигантскую фотонную схему“, - говорит Бен Бартлетт, ведущий автор. “Принимая во внимание, что с этим дизайном нам понадобится всего несколько относительно простых компонентов, а размер машины не увеличивается с размером квантовой программы, которую вы хотите запустить“.

Новый дизайн состоит из двух основных частей: кольца, в котором хранятся фотоны, и блока рассеяния. Фотоны представляют собой кубиты, причем направление, в котором они движутся по кольцу, определяет, является ли их значение единицей или нулем - или и тем, и другим, если они перемещаются в обоих направлениях одновременно, благодаря особенностям квантовой суперпозиции.

Чтобы закодировать информацию о фотонах, система может направлять их из кольца в блок рассеяния, где они попадают в полость, содержащую единственный атом. Когда фотон взаимодействует с атомом, они запутываются, квантовое состояние, в котором две частицы больше не могут быть описаны отдельно, и изменения, внесенные в одну, будут влиять на ее партнера, независимо от того, насколько большое расстояние их разделяет.

Читай также: Amazon открыла доступ к квантовому компьютеру всем желающим

На практике после того, как фотон возвращается в накопительное кольцо, его можно “записать“, манипулируя атомом с помощью лазера. Команда говорит, что один атом можно сбросить и использовать повторно, манипулируя множеством разных фотонов в одном кольце. Это означает, что мощность квантового компьютера можно увеличить, добавив больше фотонов в кольцо, вместо того, чтобы добавлять больше колец и рассеивающих устройств.

“Измеряя состояние атома, вы можете телепортировать операции на фотоны“, - говорит Бартлетт. “Таким образом, нам нужен только один управляемый атомный кубит, и мы можем использовать его в качестве прокси для косвенного управления всеми другими фотонными кубитами“.

Важно отметить, что эта система должна иметь возможность выполнять множество квантовых операций. Команда утверждает, что в одной схеме можно запускать разные программы, написав новый код, чтобы изменить то, как и когда взаимодействуют атом и фотоны.

“Для многих фотонных квантовых компьютеров воротами являются физические структуры, через которые проходят фотоны, поэтому, если вы хотите изменить работающую программу, это часто требует физической перенастройки оборудования“, - говорит Бартлетт. “Тогда как в этом случае вам не нужно менять оборудование - вам просто нужно дать машине другой набор инструкций“.

Более того, фотонные квантовые компьютерные системы могут работать при комнатной температуре, удаляя массу, добавляемую системами экстремального охлаждения.

Напомним, ранее сообщалось, что создан квантовый процессор для предсказания будущего.

Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.

• Теги:
• квантовый компьютер