Фундаментальная робота физиков ещё на один шаг приблизила наступление эпохи квантовых вычислений.
Ещё недавно квантовые вычисления представлялись фантастическим будущим. Однако сейчас это будущее не только наступило, но и в своём развитии опередило многие другие области.
Устройство, созданное под руководством Кристофера Монро (Christopher Monroe), представляет собой набор из пяти связанных друг с другом кубитов на базе ионовиттербия – это редкоземельный металл, один из самых популярных и хорошо изученных материалов для изготовления ячеек памяти и простейших вычислительных модулей подобных устройств.
Напомним, что простейшим элементом классических компьютеров является один бит, который может принимать только одно из двух значений: 1 или 0. Кубиты — это квантовые объекты, которые находятся в суперпозиции всех возможных состояний, то есть могут кодировать сразу и единицу, и ноль, и другие значения.
Объединение нескольких кубитов в единую вычислительную систему позволяет очень быстро решать математические или физические задачи, поиск ответа на которые при помощи методик перебора занял бы миллионы (если не миллиарды) лет.
Физики и инженеры достаточно давно научились создавать относительно стабильные кубиты, способные хранить в себе данные доли секунды или даже десятки секунд, однакоих объединение в единое и взаимосвязанное целое оказалось более сложной задачей, чем это представлялось изначально.
Монро и его коллеги предложили изящное решение, объединив кубиты в «пентаграмму» при помощи лазеров и магнитных полей. Управляют регистрами квантового компьютера лазерные импульсы, изменяющие электронное состояние частиц.
Однако учёные пошли ещё дальше: им удалось изменить работу устройства (перепрограммировать компьютер), не внося изменений в его физическую архитектуру.
Оказалось, что, управляя вспышками лазера и состоянием полей при помощи программы на обычном компьютере, можно создавать новые связи между кубитами, «запутывая» их на квантовом уровне, и менять уже существующие связи, разрушая прежние.
Это позволяет реализовать любой алгоритм, для работы которого достаточно пяти кубитов. Для проверки работоспособности авторы запрограммировали компьютер на выполнение нескольких известных алгоритмов, в частности, квантовое преобразование Фурье и алгоритм Дойча — Йожи.
По словам учёных, надёжность разработки крайне высока: кубиты выдают правильный результат в 98% случаев.
И хотя пяти кубитов хватает лишь для решения простейших задач, важность работы сложно переоценить, ведь это готовый прототип практически универсального квантового компьютера с возможностью перенастройки на программном уровне.
Подробнее о создании уникального устройства говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
Добавим, что «Вести.Наука» ранее писали о другом научном прорыве: российские физики нашли способ ускорить сверхпроводящую память в сотни раз.