Сообщить об ошибке на сайте
URL
Ошибка
Квантовые компьютеры

Российские физики разработали метод, который позволит упростить задачу создания универсального квантового компьютера — они нашли способ использовать для этого многоуровневые квантовые системы (кудиты), каждый из которых способен работать как несколько «обычных» квантовых элементов, кубитов. В работе принимали участие ученые из МФТИ и Российского квантового центра.

«В наших работах мы показали, что корреляции, аналогичные используемым для квантовых информационных технологий в композитных квантовых системах, имеют место и в некомпозитных системах, с которыми, как мы предполагаем, иногда оказывается легче работать. В частности, в последней работе мы предложили способ использования запутанности между внутренними степенями свободы одиночной восьмиуровневой системы для реализации протокола квантовой телепортации, ранее экспериментального реализованного для системы из трех двухуровневых систем», — говорит один из авторов, профессор, научный руководитель Лаборатории квантовой информации МФТИ и сотрудник ФИАН Владимир Манько.

В своей работе физики предлагают строить квантовые компьютеры из элементарных вычислительных элементов, квантовых битов — кубитов. Если элементы классических компьютеров (биты) могут находиться только в двух состояниях (логический ноль, и логическая единица), то кубиты создаются на основе квантовых объектов, которые могут находиться в когерентной суперпозиции двух состояний, а значит могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулем и единицей. При измерении кубита с определенной вероятностью (определяемой законами квантовой механики) получается либо ноль, либо единица.

Работа квантового компьютера основана на том, что начальное условие некоторой задачи записывается в начальном состоянии системы кубитов, затем данные кубиты вступают в специальное взаимодействие (определяемое конкретной задачей), и наконец, пользователь считывает ответ к задаче, производя измерение конечных состояний квантовых битов.

Квантовые компьютеры смогут решать некоторые задачи, которые сейчас абсолютно недоступны даже для самых мощных классических суперкомпьютеров. Например, для «взлома» криптографического алгоритма RSA, основанного на поиске разложения на простые множители больших чисел, обычному компьютеру для перебора вариантов потребуется время, сопоставимое с временем существования Вселенной, а квантовый может решить ее за минуты.

Однако на пути квантовой революции стоит серьезное препятствие — неустойчивость квантовых состояний. Квантовые объекты, которые используются для создания кубитов — ионы, электроны, джозефсоновские контакты, могут сохранять определенное квантовое состояние очень недолго. Но для вычислений нужно, чтобы кубиты не только сохранили состояние, но и еще и провзаимодействовали друг с другом. Физики по всему миру пытаются продлить срок жизни кубитов. Раньше сверхпроводящие кубиты «выживали» наносекунды, а теперь их удается удержать от декогеренции уже миллисекунды — уже близко к тому времени, которое необходимо для вычислений.

Но в случае с системой из десятков и сотен кубитов задача становится принципиально сложнее.

Физики подошли к этой проблеме с другого конца, они исследуют возможности использования для вычислений не кубитов, а кудитов — квантовых объектов, в которых число возможных состояний (уровней) больше двух. Существуют кутриты с тремя состояниями, кукварты (четыре состояния) и т.д. Сейчас активно изучаются алгоритмы, в которых использование кудитов может демонстрировать преимущества по сравнению с использованием кубитов.

«Кудит с тремя-четырьмя уровнями уже может работать как система из двух „обычных“ кубитов, а восьми уровней достаточно, чтобы имитировать трехкубитную систему. Поначалу мы воспринимали эту эквивалентность как математическую, которая позволяет получать новые энтропийные соотношения. Например, мы получали величину взаимной информации (меры корреляции) между виртуальными кубитами, выделенными в пространстве состояний одиночной четырехуровневой системы», — говорит сотрудник Российского квантового центра Алексей Федоров.

Он и его коллеги показали, что на единственном кудите с пятью уровнями, реализованном с помощью искусственного атома, уже можно осуществлять полноценные квантовые вычисления, в частности, запустить алгоритм Дойча. Этот алгоритм предназначен для проверки значений большого числа двоичных переменных.

«Мы получаем существенный выигрыш, поскольку многоуровневые кудиты в определенных физических реализациях контролировать проще, чем систему из соответствующего количества кубитов, а значит мы на шаг приближаемся к созданию полноценного квантового компьютера. Многоуровневые элементы обеспечивают преимущества и в других квантовых технологиях, например, в квантовой криптографии», — говорит Федоров.

Загрузка...
Подписывайтесь на наши каналы в Telegram

«Хайтек» - новости онлайн по мере их появления

«Хайтек» Daily - подборки новостей 3 раза в день

Астрономы сфотографировали Нептун с Земли так же четко, как это делает «Хаббл»
Кейсы
Подростки, часто пользующиеся смартфонами, страдают от СДВГ в два раза чаще сверстников
Мнения
Американские военные оборудуют самолеты «глушилками» радиволн нового поколения
Кейсы
Еврокомиссия оштрафовала Google на 4,3 млрд евро. Это половина стоимости «Яндекса»
Монопольные войны
Беспилотный спортивный суперкар Roborace будет ездить быстрее профессиональных гонщиков из «Формулы-1»
Кейсы
Никита Бокарев, ESforce, — о деньгах, киберспорте и его немаргинальности
Тренды
Тренды
Огромная бескислородная мертвая зона в Индийском океане начала резко увеличиваться
Искусственный интеллект защитит водопровод от инфекций
Тренды
Rolls-Royce разработает роботараканов для быстрой диагностики авиадвигателя
Тренды
Илон Маск и руководители Google Deep Mind отказались от разработки оружия с ИИ
Идеи
Астрономы обнаружили 12 новых спутников Юпитера
Тренды
Тренды
Ученые обнаружили в земной коре квадриллион тонн алмазов. Извлечь их не удастся
Российские модули для МКС могут использовать при строительстве станции Gateway на орбите Луны
Идеи
Выставка «David Bowie Is» появится в VR. Теперь Боуи можно не только слушать из дома, но и смотреть!
Тренды
Онкологи смогут диагностировать рак на ранней стадии с помощью проволоки в кровеносных сосудах
Борьба с раком
«Яндекс» будет развивать беспилотный транспорт на дорогах Москвы
Беспилотные автомобили
PwC: Искусственный интеллект уничтожит столько же рабочих мест, сколько и создаст
Роботы
YouTube-депрессия: как создатели популярных каналов боятся потерять подписчиков и разум
Тренды
Aston Martin создал частный самолет с вертикальным взлетом для борьбы с пробками
Идеи
«Ростех» представил камуфляж-хамелеон. Он сам меняет цвет в зависимости от окружающей среды
Идеи
Кейсы
Роскосмос запустит сверхтяжелую ракету-носитель на водородном топливе в 2027 году
Virgin Orbit получила лицензию на запуск своей первой ракеты
Тренды
Ученые нашли простой способ производства резонаторов для солнечных батарей
Тренды
Движения тела помогут обучить новичков управлению дронами
Идеи
CRISPR может вызвать более серьезные повреждения ДНК, чем думали ученые
Идеи
Мнения
Химики назвали Туринскую плащаницу художественной подделкой
Генетики обнаружили элементы, отвечавшие за выход растений на сушу
Идеи
Посмотрите, как победившие в конкурсе живописи RobotArt роботы подражают Ван Гогу
Тренды
Гельмут Райзингер, Orange Business Services, — об IIoT, 5G и телеком-стартапах
Мнения
«Робот берет вас на работу»: как искусственный интеллект, блокчейн и VR подбирают персонал
Мнения
Телемедицина, роботы и умные дома: каким через 5 лет будет «оцифрованный» город в России
Тренды
Мясная революция: как перейти от веганских заменителей к клеточным технологиям и биореакторам
Идеи
AI-выборы: как искусственный интеллект и голосовые помощники сделают демократию лучше
Тренды
Идеи
Тупик для беспилотников: как мечты разработчиков разбиваются о неожиданности на дорогах
Здесь нужен InsurTech: за какими стартапами будущее страхования
Мнения
Идеи
Вирус лженауки в Google: как поисковые системы распространяют опасные мифы о прививках
«Кто-то управляет моим домом»: как жертв домашнего насилия терроризируют с помощью умных устройств
Умный дом
Паскаль Фуа, EPFL, — о ключевых точках, глубоких нейросетях и эпиполярной геометрии
Мнения
20 фильмов о кибербезопасности, взломах и цифровых преступлениях
Тренды
Ян Лекун, Facebook: «Прогностические модели мира — решающее достижение в ИИ»
Мнения
Джианкарло Суччи: «Попытка спроектировать программу без багов — утопия»
Иннополис
Game out: Как видеоигры обучают детей-аутистов держать равновесие и узнавать людей
Тренды
Прослушка, контроль камеры и предсказание смерти пользователя: самые странные патенты Facebook
Кейсы
Цес Снук, QUVA: «Мы не хотим зависеть от крупных компаний, которые владеют всеми данными»
Мнения
Дмитрий Песков, АСИ: «В России традиционно долго запрягают, и в сфере IT мы только этим и занимаемся»
Иннополис
ДНК-тесты: как генетические компании обманывают людей и разрушают семьи
Мнения
Мануэль Маццара: «Для Facebook вы не покупатель, вы — продукт»
Иннополис
Тренды
Блокчейн, искусственное мясо и «смерть» смартфонов: что будет с технологиями через 10 лет
Витторио Феррари, Google: «Чтобы машина распознала книгу о Гарри Поттере нужна сложная математическая модель»
Мнения