Фундаментальная робота физиков ещё на один шаг приблизила наступление эпохи квантовых вычислений.
Фото Emily Edwards.

Ещё недавно квантовые вычисления представлялись фантастическим будущим. Однако сейчас это будущее не только наступило, но и в своём развитии опередило многие другие области.

В марте этого года физики из Объединенного Квантового Института (Мэрилендский Университет, США) впервые представили пятикубитный квантовый компьютер, который можно запрограммировать для выполнения любых традиционных квантовых алгоритмов.

Устройство, созданное под руководством Кристофера Монро (Christopher Monroe), представляет собой набор из пяти связанных друг с другом кубитов на базе ионов иттербия – это редкоземельный металл, один из самых популярных и хорошо изученных материалов для изготовления ячеек памяти и простейших вычислительных модулей подобных устройств.

Напомним, что простейшим элементом классических компьютеров является один бит, который может принимать только одно из двух значений: 1 или 0. Кубиты — это квантовые объекты, которые находятся в суперпозиции всех возможных состояний, то есть могут кодировать сразу и единицу, и ноль, и другие значения.

Объединение нескольких кубитов в единую вычислительную систему позволяет очень быстро решать математические или физические задачи, поиск ответа на которые при помощи методик перебора занял бы миллионы (если не миллиарды) лет.


Физики и инженеры достаточно давно научились создавать относительно стабильные кубиты, способные хранить в себе данные доли секунды или даже десятки секунд, однако их объединение в единое и взаимосвязанное целое оказалось более сложной задачей, чем это представлялось изначально.

Монро и его коллеги предложили изящное решение, объединив кубиты в "пентаграмму" при помощи лазеров и магнитных полей. Управляют регистрами квантового компьютера лазерные импульсы, изменяющие электронное состояние частиц.

Однако учёные пошли ещё дальше: им удалось изменить работу устройства (перепрограммировать компьютер), не внося изменений в его физическую архитектуру.

Оказалось, что, управляя вспышками лазера и состоянием полей при помощи программы на обычном компьютере, можно создавать новые связи между кубитами, "запутывая" их на квантовом уровне, и менять уже существующие связи, разрушая прежние.

Это позволяет реализовать любой алгоритм, для работы которого достаточно пяти кубитов. Для проверки работоспособности авторы запрограммировали компьютер на выполнение нескольких известных алгоритмов, в частности, квантовое преобразование Фурье и алгоритм Дойча — Йожи.


По словам учёных, надёжность разработки крайне высока: кубиты выдают правильный результат в 98% случаев.

И хотя пяти кубитов хватает лишь для решения простейших задач, важность работы сложно переоценить, ведь это готовый прототип практически универсального квантового компьютера с возможностью перенастройки на программном уровне.

Подробнее о создании уникального устройства говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Добавим, что "Вести.Наука" ранее писали о другом научном прорыве: российские физики нашли способ ускорить сверхпроводящую память в сотни раз.

vesti.ru