Международная группа ученых создала квантовый компьютер в алмазе. Это первая в своем роде разработка, в которой предусмотрена защита от шума, препятствующего правильной работе компьютера.
Международная группа ученых, в т.ч. исследователей из Университета Южной Калифорнии, создала квантовый компьютер в алмазе. Это первая в своем роде разработка, в которой предусмотрена защита от декогеренции – шума, препятствующего правильной работе компьютера.
Первый защищенный квантовый компьютер в алмазе. Размеры кристалла – 3×3 мм, алмаза – 1×1 мм. Фото: Delft University of Technology и UC Santa Barbara
Новое устройство доказало жизнеспособность твердотельных квантовых компьютеров, которые, в отличие от газовых и жидкостных систем, могут стать основой будущих квантовых компьютеров благодаря простоте масштабируемости по размерам. Существующие квантовые компьютеры, как правило, очень малы и не могут состязаться по быстродействию с традиционными ПК.
В отличие от битов, которые принимают одно из двух значений, кубиты квантовых компьютеров могут одновременно иметь два значения: ноль и единицу. Это свойство, называемое суперпозицией, наряду со способностью квантовых состояний «туннелировать» через энергетические барьеры, по мнению ученых, позволит квантовым компьютерам выполнять вычисления намного быстрее традиционных компьютеров.
Алмазы, которые использовались в создании нового квантового компьютера, содержали большое количество примесей. Новый квантовый компьютер состоит из двух квантовых битов: ядра азота внутри алмаза и электрона (точнее, кубитами был их спин – собственный момент импульса субатомных частиц). Электроны имеют меньшие размеры, чем ядра, и потому быстрее участвуют в вычислительных операциях квантового компьютера. Однако они в большей мере, чем ядра, подвержены декогеренции. Кубит на основе ядра имеет большую устойчивость, но работает медленнее.
Исследователям удалось разработать метод изолирования кубитов от воздействия внешней среды с помощью микроволнового излучения, которое исключало декогеренцию. Этот механизм основан на использовании микроволнового излучения, которое регулярно меняет спин электронов. Данный метод нейтрализует вредное воздействие среды, позволяя использовать оставшееся время на выполнение квантовых операций. При этом внутренний резонанс в такой спин-спиновой системе помогает избежать конфликта между воздействием внешних импульсов и выполнением поставленной задачи. По словам разработчиков, данная технология увеличит надежность твердотельных квантовых компьютеров и упростит их масштабирование.
Работа квантового затвора в условиях декогеренции. Рисунок: T. van der Sar et al./Nature
Исследователи подтвердили квантовое поведение заключенного в алмаз устройства, заставив его выполнять алгоритм Гровера. Этот алгоритм был изобретен в 1996 г. Ловом Гровером (Lov Grover) из Bell Labs. Он применяется при поиске в неструктурированном каталоге.
Например, вам требуется найти фамилию человека в телефонной книге по его номеру телефона. При достаточно большом количестве попыток вы перелистаете с этой целью в среднем половину всей книги. Математически это среднее число попыток выражается формулой Х/2, где Х – максимальное количество всех возможных попыток.
Классические компьютеры справляются с такими задачами хуже квантовых. Если обычные компьютеры последовательно перебирают различные варианты, квантовые могут выдать результат сразу. Это происходит потому, что квантовая система может находиться одновременно в разных состояниях.
Даже несовершенный новый компьютер в алмазе выдавал правильное значение с первого раза в 95% случаев. Этого оказалось достаточно, чтобы доказать его квантовое поведение.
Источник: Science Daily
Читайте также:
IBM совершила прорыв на пути создания квантового компьютера
Семь университетов США пытаются создать квантовую память