Физики реализовали квантовые алгоритмы на кремнии

Главная Новости Физики реализовали квантовые алгоритмы на кремнии

Борис Березин
Категория Новости
83

Взлом защиты Bitcoin супер-компьютером потенциально возможен, но он крайне маловероятен. Для чего это нужно, тоже не понятно. Если разобраться, то особого смысла во взломе нету, разве что кому-то понадобится, чтобы BTC просто потерял свою ценность. Тема квантовых компьютеров все же актуальная и интересная. В этой статье мы расскажем о последнем прорыве технологий в данной сфере.

Если принимать во внимание другие методы квантового вычисления, кремниевые квантовые процессоры появились последними. Впервые в истории исследователи реализовали простые программные алгоритмы на квантовом компьютере с кремниевым процессором. 

Квантовый компьютер

Кремниевый этап

Физик Ливен Вандерсипен вместе с коллегами разработал простой квантовый компьютер с двумя квантовыми битами (кубитами), поэтому они смогли достичь лишь элементарных вычислений. Однако ценность их работы заключается в самой демонстрации такого процессора. «Это демонстрация первого такого квантового компьютера в кремнии», – отмечает Джейсон Петта, квантовый физик из Принстонского университета.

Команда Петта из Принстона также не сидела без дела. 14 февраля они опубликовали работу в Nature, в которой рассмотрели взаимодействие кремниевых кубитов со светом. Это явление способно открыть путь к взаимодействию кубитов на противоположных сторонах чипа, а это пригодится при масштабировании таких процессоров.

Исследователи давно работают над новыми квантовыми компьютерами, которые бы выполняли сложные вычислительные операции, находящиеся за пределами возможностей традиционных (транзисторных) компьютеров. В этом направлении кремниевые квантовые процессоры значительно отстают от других технологий. Ранее сообщалось о квантовых компьютерах со сверхпроводниками, которые содержат рекордные 50 кубитов.

Переход и масштабирование

Кремний имеет очевидные преимущества, когда речь идет о производстве компьютерных процессоров. Во-первых, кремний способен сохранять «квантовые свойства» значительно дольше других типов кубитов. Во-вторых, компании вроде Intel уже приспособились к производству традиционных процессоров с использованием кремния. Это, в частности, побудило Ливена Вандерсипена из Лаборатории QuTech в Делфтском университете и его коллег сотрудничать с компанией Intel в некоторых частях исследования.

Традиционные компьютеры пользуются обычными битами, которые могут принимать величину 0 или 1 («сигнала нет» или «сигнал есть»). Кубиты имеют значительное преимущество, поскольку могут выйти за это ограничение и принять третье состояние – состояние квантовой суперпозиции.

кубиты на основе кремния

Для создания кубитов на основе кремния ученым пришлось захватить отдельный электрон в крошечной части кремния, которая называется квантовой точкой. В этой локализованной зоне квантовые свойства частиц в материале оказываются сильнее, поэтому физики смогли привязать спин электрона и создать квантовый кубит. В зависимости от направления спина электрона, кубит может принимать величину 0, 1 или суперпозиции. В квантовой теории спин является фундаментальной характеристикой. Его можно сравнить с направлением вращения волчка, однако в действительности электроны и другие квантовые частицы не вращаются вокруг собственной оси, а лишь имеют собственный момент.

Команда Вандерсипена создала устройство с двумя квантовыми точками и успешно реализовала на них вычисления с использованием алгоритма Гровера.

Первые квантовые алгоритмы на кремнии

На самом деле, исследователям из Лаборатории QuTech удалось реализовать одновременно два квантовых алгоритма на кремниевых кубитах. Первый алгоритм (алгоритм Дойча-Йожы) позволяет проверить справедливость условий при подбрасывании монеты. Если после подбрасывания обе стороны монеты оказываются одновременно аверсом или реверсом, это будет означать мошенничество, и функция вернет «0». Если же все происходило «честно» и монета имела с одной стороны аверс и реверс с другой, алгоритм сразу покажет «1».

Поскольку в подбрасывании монеты присутствует фактор неопределенности, квантовый алгоритм Дойча-Йожы всегда дает правильный ответ, выполнив лишь одно вычисление. В то же время классические (детерминированные) алгоритмы должны выполнить большое количество операций и ответят только с определенной вероятностью.

«Это можно сравнить с подбрасыванием монеты только один раз, чтобы узнать, одинаковые ли обе стороны», – объясняет физик Том Ватсон из QuTech.

Впоследствии исследователи реализовали второй алгоритм (алгоритм Гровера), который способен проверить информацию из большого неотсортированного набора данных.

В эксперименте Вандерсипена кремниевые кубиты должны были находиться достаточно близко друг к другу, чтобы взаимодействовать. Однако Петтах и его коллеги заставили кубиты взаимодействовать с частицами света (фотонами), добавив в систему миниатюрный магнит.

В будущем фотоны могут обеспечить «общение» кремниевых кубитов на расстоянии, в разных частях одного квантового чипа. Поэтому результаты Вандерсипена являются важным шагом в построении полноценной сети кремниевых квантовых битов, а это значительно приближает нас к первым квантовым процессорам на кремнии.

Еженедельный розыгрыш! 10 000 [DOGE] для подписчиков нашего VK сообщества.

Комментарии пользователей

Оставьте первый комментарий!

Войти с помощью: 
  Подписаться  
Уведомлять о
Ваш пароль
успешно изменён!
Авторизация
*
*
Войти с помощью: 
Регистрация
*
*
*
*

Личный кабинет

Войти с помощью: 
  Я ознакомлен и согласен с условиями и правилами форума.
  Я ознакомлен и согласен с политикой конфиденциальности.
Генерация пароля
error: