Еще один шаг до квантового компьютера

Общество

В течение уже трех десятилетий ученые пытаются создать универсальный квантовый компьютер — устройство, способное решить любую вычислительную задачу. Команда компьютерных ученых и физиков из Калифорнии показала его экспериментальный прототип, который может решать широкий диапазон задач, в частности по физике и химии. Этот прототип может стать образцом для больших и более мощных устройств.
 

 

Один из чипов, содержащий квантовые биты — кубиты — вновь созданного прототипа квантового компьютера

 

Пионерами квантовых компьютеров и их коммерциализации является американская фирма IBM и канадская D-Wave. Однако машинам, которые они производят, пока не удается придать мощности (то есть эффективно увеличить количество квантовых битов — кубитов), нужной для решения задач, с которыми не справляются обычные компьютеры.

 

Теперь, как выглядит, компьютерные ученые из исследовательской лаборатории Google в Санта-Барбаре (Калифорния) и физики из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре создали прототип квантового компьютера, который в перспективе способен работать лучше, чем обычные компьютеры. Принцип действия машины описали в онлайн-издании журнала Nature.

 

«Во многих аспектах я бы назвал эту работу впечатляющей», — утверждает Дэниел Лідар, эксперт в области квантового комп’ютинґу из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе.

 

Главное преимущество нового образца — в сочетании двух основных подходов к созданию квантовых компьютеров. В первом подходе — цифровом — конструирование цифровых сетей происходит благодаря конфіґураціям кубитов, настроенных на решение конкретной задачи. То есть этот подход действует по аналогии с цифровых схем в обычных микропроцессорах. Интегральной частью этого подхода являются методы коррекции ошибок, которые могут нарушить вычисления. Однако такие методы могут эффективно работать лишь с небольшим количеством кубитов.

 

Другой подход называется «адиабатическим квантовым комп’ютинґом» (AQC). В нем компьютер кодирует определенную проблему в отдельные группы кубитов, между которыми впоследствии возникают и развиваются связи, образуя в итоге коллективный квантовое состояние, посредством которого и достигают решения.

 

Недостатком этого подхода является эффект случайных шумов, генерирующий ошибки, которые невозможно так систематически исправлять, как это происходит в цифровых системах. Кроме того, нет гарантии, что этот метод сможет эффективно решить любую проблему, говорит компьютерный ученый, член команды Google Реми Берендс. Первые коммерческие устройства, однако, удалось создать именно методом AQC. Их производит компания D-Wave в Барнебі (Британская Колумбия) и продает по цене в $ 15 млн. Компания Google владеет устройством D-Wave, но в ней считают, что лучший способ применить AQC.

 

В частности, их интересует то, как найти эффективный способ коррекции ошибок. Именно это стоит на пути увеличения мощности AQC-компьютеров, ведь в больших системах ошибки аккумулируются быстрее. По мнению инженеров Google, это можно исправить, если совместить адиабатический подход с цифровым. Для этого они использовали ряд из девяти полупроводниковых кубитов с тонкой алюмієвої пленки на сапфірній поверхности. Систему охладили до температуры 0,02 K, что предоставило алюминия сверхпроводящих свойств. Именно в этом состоянии в кубиты закодировали информацию.

 

Взаимодействия между соседними кубитами контролируются «логическими воротами», которые направляют их в квантовое состояние, что кодирует решение. Как пример, исследователи проинструктировали совокупность кубитов симулировать последовательность атомов с попарними спіновими моментами.

 

Это сравнительно простая проблема, с которой может справиться и классический компьютер. Но новое устройство Google может справляться и с так называемыми «стохастическими» проблемами, что не под силу классическим компьютерам. Это, в частности, симуляция взаимодействия между многими электронами, которая необходима для точных химических расчетов. Кстати, способность симулировать поведение молекул на квантовом уровне может стать одним из самых ценных применений квантовых компьютеров.

 

«С функцией коррекции ошибок наш подход имеет шансы стать загальноцільовим алгоритмом, на основе которого можно создать квантовый компьютер произвольной величины», — говорит член команды Google Алиреза Шабані.

 

Устройство от Google до сих пор является лишь прототипом. Но Дэниел Лідар считает, что уже через несколько лет реальностью станут более 40-кубітні компьютеры.

 

Способность симулировать стохастические процессы, в частности динамику взаимодействия элементарных частиц, очевидно, станет той точкой отсчета, которая покажет превосходство квантовых компьютеров над классическими и ознаменует их пришествия как технологии будущего.

 

Philip Ball
Google moves closer to a universal quantum computer
Nature, 8.06.2015
Отреферировал Евгений Ланюк

Добавить комментарий

Your email address will not be published.

*