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 2 раза в день

перейдите по одной из ссылок и нажмите кнопку Join
Nikola представила сверхмощный электровездеход
Электромобили
Microsoft разработала систему ускоренного обучения ИИ
Обучение машин
Идеи
10 главных научных открытий 2017 года
Lilium обещает вывести летающие такси на рынок в 2025 году
Летающие такси
Открыт новый тип электропроводности
Идеи
Фотосинтез бактерий-«киборгов» в 40 раз эффективнее, чем у растений
Идеи
Apple протестирует беспилотный автобус для сотрудников
Беспилотный транспорт
Эстония запустит эсткойн — национальную криптовалюту
Криптовалюты
К 2020 году вся линейка бытовых приборов Samsung получит ИИ-функции
Тренды
Человеческий мозг может предсказывать будущее
Нейротехнологии
ИИ предскажет деменцию до появления симптомов
Деменция
Мексика выпустит свой первый электромобиль
Тренды
Электроавиация
Электросамолет Sun Flyer выгоднее бензиновых аналогов
Хакеры взламывают криптокошельки через номера мобильных телефонов
Криптовалюты
Возрожден проект ядерного реактора на расплавах солей тория
Ядерная энергетика
Entocycle разводит съедобных личинок
Еда будущего
Медицинские технологии
Разработана вакцина, дающая иммунитет к героину
Дома-электростанции набирают популярность в США
Возобновляемая энергетика
Блокчейн-платформа TRON — это новый Alibaba
Криптовалюты
Марк Кьюбан инвестировал в венчурный криптовалютный фонд
Тренды
Проведена первая биткойн-транзакция со спутника
Кейсы
В Гарварде создают пробиотик, превращающий обычных людей в спортсменов
Спорт
В процессорах Intel Core 8-го поколения будет 6 ядер
Железо
Миллиардеры делают ставку на космический бизнес
Тренды
«Запрет роботов-убийц не имеет смысла»
Мнения
В Великобритании приравняли онлайн-преступления к обычным
Онлайн-преступления
Нанолазер уничтожает клетки рака
Борьба с раком
3D-печать
Новый 3D-принтер печатает пластиковые инструменты, крепкие как сталь
Хранение энергии
Cтартап использует поезда для хранения энергии
Солнечный самолет совершит первый полет в стратосферу в 2018 году
Транспорт будущего
В США криптовалюты хотят приравнять к доллару
Тренды
Распознавание лиц избавит человечество от паролей и ключей
Распознавание лиц
«Ледяные батареи» сократят потребление энергии на 95%
Чистая энергия
Sky Hopper — грузовой конвертоплан на электротяге
Идеи
Uber предложили объединить с Tesla
Технологические компании
«Электронная кожа» соберет данные о состоянии здоровья
Идеи
Aspire откроет роботизированную ферму по выращиванию насекомых
Тренды
В Великобритании создали самого маленького робота-хирурга
Робот-врач
Топ-5 функций Oreo — новой ОС Android
Мобильные технологии
«Формула-1» проведет киберспортивный чемпионат мира
Кейсы
Ford может полностью перейти на электромобили
Электромобили
Искусственный интеллект
«Из-за ИИ придется пересмотреть отношение к образованию и карьере»
Открыт новый класс химических реакций
Научные открытия
«Роботы уничтожат средний класс»
Мнения
Энди Рубин: «ИИ-смартфон станет виртуальной копией пользователя»
Мнения
Wal-Mart запатентовала летающий склад-дирижабль
Идеи
Транспорт будущего
«Дни двигателя внутреннего сгорания сочтены»
Один день на крупнейшей в мире китайской биткойн-шахте
Криптовалюты
Японские ученые продлили срок службы солнечных модулей из перовскитов
Идеи
Найден способ предотвращения нестабильности термоядерной реакции
Термоядерный синтез
«Дети должны обучаться программированию с двух лет»
Образование
К 2021 году в России будет использоваться 12,8 млн VR-шлемов
Мнения
ИИ научился видеть скрытые аналогии
Обучение машин