Новый шаг в развитии технологии квантовых вычислений
В различных научных лабораториях постоянно ведутся работы по продвижению квантовых технологий в жизнь. Цель этих работ в практической реализации механизма квантовых вычислений, способного построить компьютеры, на порядки превосходящие в быстродействии все ныне существующие. И если не так давно перспективы создания реальных квантовых компьютеров выглядели достаточно туманно, то сейчас поступают оптимистичные сообщения о новых достижениях в этой области.
Наномним, что квантовый компьютер является неким гипотетическим устройством, работающем на основе квантовой механики. Его принцип действия кардинально отличается от принципа действия обычного компьютера. Поэтому когда говорят о быстродействии, то имеется в виду использование для решения неких «квантовоориентированных» задач, где преимущества квантового компьютинга над классическими вычислениями огромны. Этими задачами, прежде всего, являются задачи моделирования сложных систем, в которых их составные элементы могут находиться в разных состояниях. Пространство состояний таких систем находится в экспоненциальной зависимости от количества составных частиц n. И использование классического моделирования осложняется уже при n равным 10. Говорить про более сложные системы уже не приходится – там все упирается в ограниченность представления состояния системы. Это происходит потому, что классический процессор может находиться только в одном базисном состоянии в каждый момент, а квантовый процессор одновременно находится в квантовой суперпозиции всех этих состояний. Каждое из этих состояний имеет свой вес. Например, с точки зрения обычного компьютера атом может находиться либо в состоянии «распада», либо «не распада». С точки зрения квантового компьютера атом может находиться в некотором промежуточном объединенном состоянии суперпозиции, одновременно и «распада» и «не распада», с разными весами.
Для построения квантовых компьютеров необходимо решить проблему передачи информации между вычислительными блоками. Сложность использования квантовых систем в том, что простое копирование информации невозможно: съем информации о состоянии квантовой частицы приводит к изменению (разрушению) состояния этой частицы. В связи с этим для передачи на расстояние квантового состояния частицы требуется использовать специальную технологию переноса информации, называемую квантовой телепортацией. Она реализуется посредством разъединенной в пространстве запутанной пары квантовых частиц и обычного, классического канала связи. В процессе квантовой телепортации состояние частицы разрушается в точке отправления при измерении, а потом воссоздается в точке приема.
Команда физиков из Университета Квинсленда, под руководством Аркадия Федорова и Маттиаса Бауэраr передала состояние атома из одного места в другое внутри электронного чипа.
В работе использован набор из двух параметрических усилителей для совместного двухкубитового и однобитового однократного считывания кубитов, в сочетании с гибкой цифровой логикой, работающей в режиме реального времени. Данное устройство использует скрещенных квантовые шины, позволяя создавать сложные сети с произвольной топологией подключения и плоской архитектурой. Используя детерминированный процесс телепортации с вероятностью порядка единицы для любого входного состояния, можно различать все состояния Белла в одном двухкубитовом измерении с высокой эффективностью и точностью. Осуществлена телепортация квантовых состояний между двумя макроскопических системами, разделенными на 6 мм со скоростью 10000 с -1 , что превышает предыдущие научные достижения в этом направлении. Низкие потери передачи сигнала сверхпроводящих волноводов позволят осуществлять перенос квантовой информации и на большие расстояния. Также продемонстрирована схема опережающей коррекции ошибок.
Данное исследование доказывает, что создание схем реализующих квантовые вычисления возможно на основе существующих электронных схем, работающих на доступных микроволновых частотах.
«В будущем квантовая информация сможет передаваться на большие расстояния непосредственно через оптические интерфейсы», — уверен Федоров. Эра квантовых компьютеров не за горами.
(По материалам журнала Nature.com)