Инженеры научились собирать квантовые компьютеры "на коленке" - из готовых деталей

Ученые из Стэнфорда придумали упрощенную конструкцию квантового компьютера, которую можно собрать из готовых компонентов. Об этом пишет издание New Atlas.

Квантовые компьютеры используют особые свойства физических частиц, кубитов, которые могут шифровать и передавать информацию в разы быстрее традиционных систем. Электронно-вычислительные машины на основе полупроводников кодируют данные в виде битов со значением "1" и "0", кубиты же могут иметь оба значения одновременно благодаря суперпозиции — и чем их больше, тем выше производительность. Однако обеспечить стабильную работу квантовых компьютеров очень сложно. Кубиты легко разрушаются под воздействием окружающей среды, поэтому их необходимо охладить до крайне низких температур при помощи громоздких и дорогостоящих криогенных установок.

Команда из Стэнфорда утверждает, что смогла упростить дизайн устройства при помощи фотонной схемы. Она включает оптоволоконный кабель, светоделитель, два оптических переключателя и оптический резонатор. Все это производится в виде готовых деталей и достаточно просто собирается вместе. Готовая система состоит из кольца, в котором хранятся фотоны, и блока рассеивания. Частицы света становятся кубитами, а их значение определяет направление движения в кольце. При этом суперпозиция позволяет фотонам двигаться одновременно в две стороны.

Для шифрования информации компьютер направляет кубиты из кольца в блок рассеивания, где находится полость с одним единственным атомом, взаимодействие с которым вызывает запутанное квантовое состояние. В итоге появляются две связанные частицы, а изменения в одной из них тут же отражаются во второй независимо от расстояния. Тип информации можно менять, воздействуя на атом лазерным лучом.

"Измеряя состояние атома, вы можете телепортировать операции на фотоны. В итоге потребуется только один управляемый атомный кубит, и его можно использовать в качестве прокси для косвенного управления всеми другими фотонными кубитами", — объяснил ведущий автор исследования Бен Бартлетт.

Ученые выяснили, что один атом можно повторно использовать, откатив его до исходного состояния. Это дает возможность управлять множеством кубитов в одном кольце и повысить мощность квантового компьютера, добавляя больше кубитов. При таком подходе не нужно увеличивать размеры системы за счет добавления новых колец или других деталей. Кроме того, в одной системе можно запускать множество разных программ, записывая разные коды.

"Если вы захотите построить квантовый компьютер, вам придется использовать тысячи квантовых излучателей, сделать их все совершенно неразличимыми, а затем интегрировать их в гигантскую фотонную схему. А наша новая схема потребует использования нескольких относительно простых компонентов, при этом размер машины не увеличивается с размером квантовой программы, которую вы хотите запустить", — добавил Бен Бартлетт.

Ранее писали, как устроены современные квантовые компьютеры и для чего они нужны. Они способны быстро проводить вычисления, на которые электронным системам понадобятся годы.