Прототип будущего квантового процессора – матрица из пяти сверхпроводящих кубитов

Создание полностью функционального квантового компьютера – одна из главных задач, над решением которой бьются многочисленные группы учёных-физиков и инженеров. В отличие от обычных компьютеров, квантовые компьютеры используют квантовые биты (кубиты), которые служат для хранения и обработки информации при помощи некоторых явлений квантовой физики. И если учёным удастся реализовать свои идеи, то будущий квантовый компьютер будет демонстрировать в миллионы раз большую вычислительную мощность при решении задач определенного класса, нежели самые мощные на сегодняшний день суперкомпьютеры.

Группа исследователей из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре сделала момент появления реального квантового компьютера ещё на шаг ближе: они продемонстрировали созданную ими матрицу из пяти сверхпроводящих квантовых битов, которая обладает очень высоким показателем надёжности хранения и обработки квантовой информации и которую можно рассматривать как прототип простейшего квантового процессора.

Реализация технологий квантовых вычислений является далеко не самым простым делом. Основным явлением, которое используется для реализации квантовых вычислений, является явление квантовой суперпозиции. Подразумевается, что любой физический объект очень малых размеров, к примеру, атом или электрон, может хранить в виде своего квантового состояния информацию, при этом, существует такая ситуация, когда кубит может иметь все теоретически возможные квантовые состояния, и эта особенность позволяет реализовать совершенно новые виды параллельной обработки информации.

«Но аппаратные средства квантовых вычислительных систем весьма ненадёжны по сравнению с аппаратными средствами классических вычислительных систем, – рассказывает Остин Фоулер (Austin Fowler), учёный-физик из Калифорнийского университета. – И даже самые лучшие на сегодняшний день аппаратные средства квантовых систем демонстрируют очень низкий уровень надёжности хранения и обработки информации. Своей работой мы демонстрируем, что требуемый уровень надёжности работы квантовой вычислительной системы всё же может быть достигнут, пусть, и не самым простым путём».

Учёные предположили, для того, чтобы обеспечить приемлемый уровень погрешности, квантовые биты матрицы, выполняющие логические операции, должны работать на энергетическом уровне, который всегда ниже определённого порога. Этого им удалось добиться за счёт реализации сложной геометрии собственно квантовых битов и их взаимного расположения. Кубиты, которые получили название Xmon, имеют крестовидную структуру, охлаждаются до точки критической температуры, до момента, когда материал кубитов переходит в сверхпроводящее состояние и теряет магнитные свойства. Кубиты расположены в один ряд таким образом, что каждый из кубитов связан с одним или двумя соседними кубитами.

Взаимное расположение кубитов, которое определяет архитектуру этого простейшего квантового процессора, было рассчитано теоретически при помощи метода, называемого кодированием поверхности Фоулера.

«Для того, чтобы получить реальный квантовый компьютер, нам потребуется двухмерная матрица из кубитов, при этом уровень ошибок не должен превышать одного процента. – рассказывает Фоулер. – Наши кубиты демонстрируют допустимый уровень ошибок, который находится в диапазоне от 10-3 до 1 процента, и это говорит о том, что наша технология является жизнеспособной. Но, к сожалению, предстоит решить ещё целый ряд проблем, причём, и весьма сложных, прежде чем мы создадим двухмерную матрицу из кубитов. Нам внушает оптимизм то, что при этом все физические процессы, которые уже достаточно хорошо нами изучены, совершенно не изменятся».

www.dailytechinfo.org со ссылкой на www.tgdaily.com

На данном сайте используются cookie для сбора информации технического характера и обрабатывается Ваш IP-адрес. Продолжая использовать этот сайт, вы даете согласие на использование файлов cookies.