Ученые представили новый подход к энергоснабжению квантовых компьютеров с использованием квантовых батарей — прорыв, который может сделать будущие компьютеры быстрее, надежнее и энергоэффективнее.
Квантовые компьютеры решают задачи, способные преобразить вычислительную технику, медицину, энергетику, финансы, связь и многие другие области в ближайшие годы. Однако поддержание хрупких квантовых состояний требует громоздких энергоемких криогенных систем охлаждения, а также электроники, работающей при комнатной температуре. Именно эти инфраструктурные и энергетические требования остаются главным препятствием для масштабирования квантовых вычислений, затрудняя их широкое практическое применение.
Эти проблемы можно решить рециркуляцией энергии в специальных бозонных резонаторах — проще говоря, квантовых батареях. Авторы исследования в Physical Review X показали, что за счет сокращения тепловыделения и проводки такой подход позволяет увеличить количество кубитов в одной криогенной системе в четыре раза.
«Квантовые батареи малы, но могучи. Наши выводы приближают нас на шаг к решению проблем энергопотребления, охлаждения и инфраструктуры, сдерживающих развитие квантовых компьютеров. Это похоже на то, как если бы мы снабдили компьютер собственным топливным баком. Вместо постоянной подзарядки от электросети, батарея перезаряжается в процессе работы компьютера. Данное исследование — ключевой этап в изучении квантовой энергии, зарождающейся области, способной коренным образом изменить подход к созданию эффективных и устойчивых энергетических систем», — пояснил физик Джеймс Квач из австралийского национального научного агентства CSIRO, соавтор работы.
Квантовые батареи — это устройства, запасающие энергию с помощью света. При интеграции в квантовый компьютер они могут постоянно подзаряжаться от собственных компонентов машины. В такой системе батарея связывается с квантовыми процессорными блоками компьютера посредством квантового запутывания.
«Мы подсчитали, что системы на квантовых батареях будут выделять значительно меньше тепла, требовать меньше компонентов проводки и размещать больше кубитов в том же физическом пространстве — все это важные шаги на пути к созданию практичных, масштабируемых квантовых компьютеров», — добавил исследователь.
Моделирование показало, что такая архитектура может повысить скорость вычислений за счет квантовой сверхэкстенсивности — феномена, при котором чем больше кубитов, тем быстрее они работают.
«В статье представлено теоретическое моделирование, как квантовые батареи могут питать существующие квантовые компьютеры. Следующим шагом станет создание реальной демонстрационной установки, реализующей этот подход», — заключил Квач.
Физики-теоретики нашли задачу, которая в принципе не под силу квантовым компьютерам
Ученые нашли доказательства квантовых вычислений в живых организмах
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram