Інженери навчилися збирати квантові комп'ютери "на коліні" — з готових деталей

Учені зі Стенфорда вигадали спрощену конструкцію квантового комп'ютера, яку можна зібрати з готових компонентів. Про це пише видання New Atlas.

Квантові комп'ютери використовують особливі властивості фізичних частинок, кубітів, які можуть шифрувати та передавати інформацію в рази швидше за традиційні системи. Електронно-обчислювальні машини на основі напів провідників кодують дані у вигляді бітів зі значенням "1" і "0", кубіти можуть мати обидва значення одночасно завдяки суперпозиції — і чим їх більше, тим вища продуктивність. Проте забезпечити стабільну роботу квантових комп'ютерів дуже важко. Кубіти легко руйнуються під впливом навколишнього середовища, тому їх необхідно охолодити до вкрай низьких температур за допомогою громіздких і дорогих кріогенних установок.

Команда зі Стенфорда стверджує, що спромоглася спростити дизайн пристрою за допомогою фотонної схеми. Вона включає оптоволоконний кабель, світлодільник, два оптичні перемикачі й оптичний резонатор. Усе це робиться у вигляді готових деталей і досить просто збирається разом. Готова система складається з кільця, у якому зберігаються фотони, та блоку розсіювання. Частинки світла стають кубітами, які значення визначає напрямок руху в кільці. При цьому суперпозиція дозволяє фотонам рухатись одночасно у дві сторони.

Для шифрування інформації комп'ютер спрямовує кубіти з кільця в блок розсіювання, де розташована порожнина з одним єдиним атомом, взаємодія з яким викликає заплутаний квантовий стан. Через війну виникають дві пов'язані частки, а зміни в одній із них відразу ж відбиваються на другій незалежно від відстані. Тип інформації можна змінювати, впливаючи на атом лазерним променем.

"Вимірюючи стан атома, ви можете телепортувати операції на фотони. У результаті буде потрібно лише один керований атомний кубіт, і його можна використовувати як проксі для непрямого управління всіма іншими фотонними кубітами", — пояснив провідний автор дослідження Бен Бартлетт.

Учені з'ясували, що один атом можна повторно використати, відкотивши його до початкового стану. Це дає можливість керувати безліччю кубітів в одному кільці та підвищити потужність квантового комп'ютера, додаючи більше кубітів. При такому підході не потрібно збільшувати розмір системи за рахунок додавання нових кілець або інших деталей. Крім того, в одній системі можна запускати багато різних програм, записуючи різні коди.

"Якщо ви захочете побудувати квантовий комп'ютер, вам доведеться використовувати тисячі квантових випромінювачів, зробити їх усі абсолютно нерозрізненими, а потім інтегрувати їх у гігантську фотонну схему. А наша нова схема вимагатиме використання кількох відносно простих компонентів, при цьому розмір машини не збільшується з розміром квантової програми, яку ви хочете запустити", — додав Бен Бартлетт.

Раніше писали, як улаштовані сучасні квантові комп'ютери та для чого вони потрібні. Вони здатні швидко проводити обчислення, на які електронним системам знадобляться роки.