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.

Подписывайтесь на наши каналы в Telegram

«Хайтек» - новости онлайн по мере их появления

«Хайтек» Daily - подборки новостей 3 раза в день

перейдите по одной из ссылок и нажмите кнопку Join
В МТИ изобрели новый способ хранения тепловой энергии
Идеи
20 стран откажутся от угольных электростанций к 2030 году
Кейсы
Новая Зеландия хочет истребить животных-вредителей с помощью CRISPR
Редактирование генома
AmEx запустила первый в мире сервис платежей на блокчейне
Блокчейн
«Предсказать скорость старения по анализам невозможно»
Идеи
Intel представила семейство 5G-модемов
Переход на 5G
Чистая энергетика
В Мексике установлена самая низкая в мире цена на солнечную энергию
Ученые вернули парализованным крысам возможность ходить
Биотехнологии
Fujitsu упростит обмен одних криптовалют на другие
Блокчейн
GE выпустила «мечту инженера» — 3D-принтер для печати авиазапчастей
3D-печать
ООН: «Цифровые технологии усиливают неравенство между странами»
Тренды
Нефтяной фонд Норвегии откажется от инвестиций в нефть и газ
Кейсы
Volkswagen инвестирует $12 млрд в производство электромобилей в Китае
Тренды
Биткойны
Владельцы биткойнов в США продадут их только при курсе $190 тысяч
Китай построит космический челнок с атомным двигателем до 2040 года
Космические планы
Изобретен более точный метод генного редактирования
Генетика
Умный замок BoxLock откроется только для вас и вашего курьера
Умный дом
Глава DARPA: «Мы застряли в прошлом, нас спасет только частный сектор»
Космические планы
Baidu представила домашних роботов и умную колонку с ИИ
Умный дом
Искусственный интеллект
«Мы воспитываем ИИ-бога, который возьмет власть над планетой»
Мутация в сообществе амишей защищает от старости
Идеи
К 2050 году водород обеспечит 1/5 энергетических потребности мира
Альтернативное топливо
Создана вакцина против рака печени
Борьба с раком
Система робомагазина Amazon Go узнает вора даже под маской
Магазины будущего
ИИ-повар Джузеппе готовит веганский майонез, по вкусу «как настоящий»
Искусственный интеллект
В Канаде введут систему идентификации на блокчейне
Блокчейн
Обнаружена еще одна экзопланета, пригодная для жизни
Жизнь в космосе
Экзоскелеты
Loсkheed Martin разработала экзоскелет для военного десанта
Компьютерная безграмотность несет угрозу американским рабочим
Рынок труда
Машинное обучение
Алгоритм Эндрю Ына лучше диагностирует пневмонию, чем врачи
Китай тестирует электронную идентификацию граждан на смартфонах
Тренды
«Биткойн-фьючерсы дестабилизируют мировую экономику»
Криптовалюты
Olie — самая дешевая умная лампа со встроенным голосовым помощником
Умный дом
Microsoft: «ИИ несет наибольшие риски нефтегазовому сектору»
Искусственный интеллект
40% пользователей боятся слежки через устройства умного дома
Умный дом
Эксперт по ИИ: «Я пацифист, но я против запрета роботов-убийц»
Искусственный интеллект
Физики экспериментально проверят теорию квантовой гравитации
Квантовая физика
TrueAccord собирает деньги с должников «мягко и аккуратно»
Финтех
Face ID будет контролировать продажу алкоголя в британских магазинах
Идеи
Человекоподобный чат-бот от Soul Machines начнет работать в Autodesk
Чатботы
Кейсы
Ученые впервые отредактировали гены в организме человека
VR не менее эффективна после инсульта, чем физиотерапия
Медицина будущего
SpaceX осуществит сверхсекретную космическую миссию Zuma
Частный космос
Медицина будущего
Началось тестирование персонализированной вакцины от рака на человеке
В Дубае остановки, мосты и причалы напечатают на 3D-принтере
Строительная 3D печать
«Электромобили GM станут прибыльными, в отличие от Tesla»
Электромобили
10 событий, которые изменят интернет вещей в 2018 году
Тренды
Технологии хранения в пять раз увеличивают стоимость чистой энергии
Чистая энергия
Новый спектроскоп позволит заглянуть в мозг новорожденных
Медицина будущего