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

Как европейский регламент по защите персональных данных GDPR повлияет на нашу жизнь
Тренды
Как развивается рынок умных домов в России и почему мы еще не живем в них
Умный дом
Падение астероида привело к потеплению на Земле. Оно продолжалось более 100 тыс. лет
Тренды
Киберспортсмен Данил Решетников — об изнуряющих тренировках, культовых играх и будущем киберспорта
Тренды
Астрономы создали проект «Горизонт событий», чтобы получить новые снимки черной дыры Стрелец А*
Частный космос
Alexa
Alexa от Amazon самостоятельно записала домашний разговор и отправила его другому человеку
Офис в VR, тесты от всех болезней и селфи с эмоциями: Эксперты рассказали, чего ждать в будущем от технологий
Технологический рывок
Джейкоб Биамонте, Сколтех, — о том, что квантовые компьютеры могут уже сейчас
Мнения
Плутон может оказаться скоплением более 1 млрд маленьких комет
Тренды
В американских солдат встроят датчики, рассказывающие о состоянии их здоровья
Тренды
Ученые прогнозируют снижение питательности риса из-за изменения климата. Рис едят миллиарды людей ежедневно
Тренды
Facebook представил искусственный интеллект, который превратит любой трек в симфонию
Тренды
Кейсы
Дачные ворота блогера самостоятельно подписались на платные услуги МТС
Южная Корея постепенно заменит солдат роботами
Тренды
IBM создала карманный детектор поддельных товаров
Кейсы
Чек-лист: как выбрать надежный магазин софта
Тренды
SpaceX запустила спутники, которые будут изучать гравитационное поле Земли
Тренды
Марк Цукерберг рассказал европейским парламентариям о работе Facebook
Утечка личных данных пользователей Facebook
В России могут запретить Booking.com
Блокировка интернета
Sony открыла предзаказ на «бесконечный блокнот» — планшет Digital Paper
Тренды
Мнения
Пять книг, которые Билл Гейтс рекомендует прочитать этим летом
8 лет назад программист купил две пиццы за 10000 биткоинов. Сейчас они стоят 83 миллиона долларов
Кейсы
Великобритания откроет центр для внедрения искусственного интеллекта в военную сферу
Тренды
Ученые придумали лекарство, которое предотвратит потерю памяти у космических путешественников
Тренды
Siri получит совершенно новый голос
Тренды
Вспышки сверхновых миллионы лет назад подтолкнули эволюцию на Земле
Как развивалась Вселенная
Лекарства из принтера и испытания на роботах: как новые технологии изменили фарму
Тренды
Тренды
Илон Маск предсказал возможное банкротство Tesla из-за дешевых Model 3
Российские ученые предлагают назвать следующий открытый элемент Антарктидием
Тренды
Microsoft и Google снова нашли массовую уязвимость в процессорах Intel
Хакеры
НАСА создаст в космосе температуру, ниже самой холодной во Вселенной
Тренды
Контейнеры, гибриды и туман: 5 трендов в облачных технологиях
Тренды
Facebook в 2019 году начнет вводить проект беспроводного интернета по всему миру
Технологический рывок
Роботы построили самый маленький дом в мире — размером с кончик волоса
Тренды
Идеи
Ученые выяснили, почему при высокой температуре запускается иммунитет и происходит выздоровление
Инвестор Виталий Голомб — об искусственном мясе и том, почему не нужно получать патенты
Тренды
Первая плавучая атомная электростанция «Ломоносов» завершила свой первый выход в море
Тренды
Посмотрите, как выглядит обожаемый всеми инженерами робот София
Доброжелательные роботы
Искусственные интеллекты тоже не смогли решить, что звучит на записи — «Янни» или «Лорел»
Искусственный интеллект
Кейсы
Астрономы нашли еще одно подтверждение наличия девятой планеты в Солнечной системе
Томские ученые представили сенсоры на основе органических молекул
Тренды
The Boring Company Илона Маска доставит огнеметы первым покупателям уже в начале лета
Кейсы
Инженеры собрали тактильного робота — его кожа может покрываться мурашками
Доброжелательные роботы
Билет в электробус The Boring Company Илона Маска будет стоить всего $1
Тренды
Тренды
Константин Носков возглавит новое министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций
Китайские ученые создали из картона наноматериал для очищения воды от тяжелых металлов
Экология
Давид Ян запустил сервис «умной» корпоративной аналитики Yva
Кейсы
В китайской школе используют систему распознавания лиц для слежки за отвлекающимися учениками
Кейсы
Apple запатентовала технологию распознавания человека по узору вен на лице
Распознавание лиц