Более быстрые
и топологически защищённые
кубиты.
В научную действительность квантовые вычисления вошли уже довольно давно, но всё ещё остаются зарождающейся областью. Одним из основных факторов сдерживания их развития исследователи называют сложность соединения кубитов в длинные цепочки логических элементов с поддержанием необходимой квантовой запутанности. Её разрушение по мере взаимодействия запутанных кубитов с миром вне квантовой системы становится источником ошибок, провести коррекцию которых ‒ увы ‒ пока не представляется возможным.
И вот, похоже, лёд тронулся. Физики-теоретики из Лос-Аламосской национальной лаборатории разработали новый подход к созданию аппаратного обеспечения для квантовых вычислений, который позволяет избежать большей части характерных для сегодняшнего состояния технологии проблем.
Учёные отказались от главенствующей сегодня идеи сложной системы логических шлюзов среди множества кубитов, которые должны иметь общую квантовую запутанность. Вместо этого новая стратегия использует простое магнитное поле для вращения кубитов, таких как спины электронов, в естественной системе. При этом всё, что нужно для реализации алгоритма ‒ точная эволюция спиновых состояний.
Сами авторы называют свою стратегию потенциально революционной, поскольку она использует алгоритм естественных квантовых взаимодействий для решения множества реальных проблем быстрее, чем это могут сделать классические компьютеры или обычные квантовые компьютеры на основе так называемых вентилей. По словам соавтора исследования, физика-теоретика Николая Синицына, этот подход может быть использован для решения многих практических задач, задаваемых квантовым компьютерам. Статья с описанием подхода опубликована в специализированном журнале Physical Review A.
В качестве демонстрации потенциала данной теории, команда показала, как этот подход может решить проблему разделения чисел с использованием квантового алгоритма Гровера, который позволяет делать неструктурированный поиск в больших наборах данных, что буквально пожирает обычные вычислительные ресурсы. И новая парадигма не только осилила задачу, но и сделала это быстрее, чем существующие квантовые компьютеры.
«Мы заметили, что для многих известных вычислительных задач достаточно иметь квантовую систему с элементарными взаимодействиями, в которой только один квантовый спин — реализуемый двумя кубитами — взаимодействует с остальными вычислительными кубитами, ‒ рассказывает Николай Синицын. ‒ Тогда единственный магнитный импульс, воздействующий только на центральный спин, реализует наиболее сложную часть квантового алгоритма Гровера».
То есть получилось так, что эта квантовая операция, называемая оракулом Гровера, прямо указывает на желаемое решение проблемы, стоявшей на пути вычислений. Оказалось, что такие операции можно делать гораздо быстрее, и что подход буквально топологически защищён: он устойчив ко многим ошибкам и неточностям управляющих полей и других физических параметров. Причём даже без квантовой коррекции этих ошибок.
По материалам АРМК.