Американские физики создали простейший квантовый процессор на основе
элементов, близких к современным технологиям микроэлектроники, -
сообщает РИА Новости.
Данная разработка может существенно продвинуть работы по созданию
первых полноценных квантовых компьютеров, считают авторы исследования,
опубликованного в журнале Nature.
Работы по созданию квантовых
компьютеров ведутся уже относительно давно. Преимуществом этих
компьютеров, пока что только в теории, является невероятная скорость
обработки информации, которая должна позволить им в будущем решать
задачи, непосильные даже для самых современных суперкомпьютеров.
Принципиальным
отличием квантовых компьютеров от современных является использование
так называемых квантовых битов, кубитов, вместо двоичной системы
представления информации в виде 0 и 1. Кубиты, в отличие от битов -
единичных ячеек информации в современных компьютерах - могут не только
находиться в одно и то же время в двух различных состояниях (0 и 1), но
и испытывать состояние так называемого квантового запутывания.
Это
состояние кубитов проявляется в том, что, будучи разделенными большими
расстояниями, на которых никакие физические силы их уже не связывают,
кубиты ведут себя так, как будто между ними происходит какое-то
взаимодействие, а изменение состояния одной частицы в системе приводит
к закономерному изменению состояния другой.
Это явление до сих
пор остается во многом загадочным для физиков - ученым пока неизвестно,
как именно и с какой скоростью происходит передача информации о
состоянии одной частицы к другой, однако ничто не мешает им пытаться
применить его, руководствуясь многолетним опытом наблюдений.
До
сих пор в качестве кубитов в своих экспериментах по квантовым
вычислениям ученым приходилось использовать довольно экзотические
объекты - переохлажденные заряженные атомы, ионы, удерживаемые с
помощью сильных магнитов и лазеров.
Леонардо Ди Карло (Leonardo
DiCarlo) и его команда из Йельского университета в Нью-Хейвене впервые
сумели применить твердотельные элементы для создания простейшего
квантового процессора, состоящего всего из двух кубитов. В качестве
кубитов Ди Карло использовал две тонкие пластинки ниобия, помещенные на
поверхность оксида алюминия и разделенные небольшой канавкой. Пластинки
ниобия охлаждались до температуры, всего на долю градуса отличающейся
от абсолютного нуля, при которой переходили в сверхпроводящие
состояние. Для контроля состояния кубитов и перевода их в состояние
"квантового запутывания" ученые использовали микроволновое излучение,
которое заполняло пространство между пластинками.
Процессор Ди
Карло оказался способен выполнять два простых алгоритма. Первый, так
называемый алгоритм Гровера, похож на поиск имени в базе данных
абонентов по известному номеру телефона. Машина в этом случае должна
считать все имена и телефоны из базы данных и выдать в конце программы
имя.
В случае процессора Ди Карло сигналом является состояние,
которое принимает та или иная пластинка ниобия после выхода из
состояния "квантового запутывания". Это состояние можно определить с
помощью микроволнового излучения. Второй алгоритм, который способен
выполнять процессор Ди Карло - куда более простой алгоритм Дойча-Джоза,
который, в частности, позволяет определить, является ли жеребьевка с
использованием монетки честной, то есть равновероятно ли выпадение орла
или решки, или в ходе розыгрыша выпадает только одна из сторон монетки.
Как оказалось, процессор Ди Карло выполняет с 80% вероятностью первый алгоритм и с 90% - второй.
Однако,
несмотря на успех, Ди Карло признает, что его систему куда сложнее
реализовать для трех и более кубитов, и, вероятно, это дело не самого
близкого будущего. "Мы создали очень примитивный квантовый процессор,
которому еще очень далеко до полноценного квантового компьютера", -
сказал Ди Карло, слова которого приводит Nature News.
"Тем не
менее, данная работа - первый шаг, без которого невозможно дальнейшее
развитие квантовых компьютеров," - считает Ганс Муиж (Hans Mooij),
эксперт из Университета города Делфт в Нидерландах.
|
Главная 
