IBM совершила прорыв на пути создания квантового компьютера

Квантовые вычисления основаны на кубитах (квантовых битах), которые, в отличие от обычных битов, могут одновременно находиться в состояниях «1» и «0». Это свойство получило название суперпозиции. Таким образом, гипотетические квантовые компьютеры способны осуществлять математические операции с обоими состояниями кубита одновременно. Следовательно, в системе с 2 кубитами вычисления осуществляются для 4 значений одновременно; в системе из 3 кубитов – для 8 значений; в системе из 4 кубитов – для 16 значений. При увеличении количества кубитов вычислительная способность квантовой компьютерной системы увеличивается экспоненциально.

Кремниевый кристалл, состоящий из трех кубитов, установлен на печатную плату и соединен с коаксиальными линиями входа/выхода при помощи проводников

Однако в процессе исследований было установлено, что кубит может терять свой вычислительный потенциал. Чтобы предотвратить это, ученые используют квантовую сцепленность или запутанность (quantum entanglement) – явление, при котором квантовые состояния объектов взаимосвязаны друг с другом, даже если они удалены друг от друга в пространстве. До сих пор одной из проблем в квантовых вычислениях было создание и поддержание кубитов в сцепленном состоянии.

Исследователям из IBM удалось достичь такого уровня производительности и стабильности подобных устройств, который стал минимально необходимым для реализации квантового компьютера. По словам Маттиаса Стеффена (Matthias Steffen), руководителя проекта по созданию квантового компьютера, технология квантовых вычислений в скором времени будет коммерциализирована.

На ежегодном собрании Американского физического общества (American Physical Society, APS) Стеффен со своими коллегами из Центра T.J. Watson Research Center сообщили о трех прорывах в направлении создания квантового компьютера.

Во-первых, исследователям удалось добиться того, что период когерентности для изолированного кубита в объемном волноводе достиг 95 мкс. Во-вторых, период когерентности почти идентичного кубита на двумерной подложке составил 10 мкс. В-третьих, ученым удалось добиться того, что 2-кубитная логическая операция controlled-NOT выполнялась с вероятностью 95–98%.

Ученые из IBM продемонстрировали кубитную систему хранения на основе охлажденного до сверхнизких температур перехода Джозефсона (двух сверхпроводников, разделенных диэлектриком). Конденсатор, охлажденный до сверхнизких температур, соединял два сверхпроводящих электрода для создания режима, который позволяет осуществлять стандартные измерения на частоте до 20 ГГц.

Кубитная память и вентили реализуются с помощью микротехнологий, уже освоенных IBM для производства стандартных кремниевых кристаллов. Это обстоятельство позволяет ученым IBM питать надежду на то, что им удастся масштабировать архитектуру системы таким образом, чтобы расположить на одном кристалле миллионы кубитов.

В дальнейшем IBM намеревается разработать технологию изготовления таких компонентов квантовых компьютеров, которые могли бы оперативно обнаруживать и исправлять ошибки.

Квантовые системы позволяют решать некоторые математические задачи и выполнять логические операции в течение экспоненциально меньших временных отрезков по сравнению с вычислениями на обычных компьютерах и даже суперкомпьютерах. Например, квантовый компьютер может работать в разы быстрее с факториалами очень больших чисел, тогда как для традиционных вычислительных машин подобные задачи являются очень ресурсоемкими.

Лучшие из многоядерных процессоров позволяют расшифровать 150-значные числа. Но для расшифровки 1000-значного числа потребовались бы все вычислительные ресурсы мира. У квантового компьютера подобная задача может занять лишь несколько часов.

Исследованиями в области квантовых вычислений занимается не только IBM, но еще и Калифорнийский и Йельский университеты.

Идея квантового компьютера была предложена еще в 1980 г. советским математиком Ю.И. Маниным.

Источник: EE Times

Читайте также:
Семь университетов США пытаются создать квантовую память