Сфера научных исследований по квантовым вычислениям сузилась

По мнению многих ученых, квантовые компьютеры будут иметь большое значение в будущем, но, несмотря на все усилия, исследования в этой области все еще находится в зачаточном состоянии. Одна из трудностей – понимание того, каким критериям должна отвечать квантовая система, чтобы решать проблемы, с которыми не могут справиться обычные компьютеры. Международная команда ученых во главе с SISSA недавно опубликовала исследование, устанавливающее основные характеристики, которыми должны обладать универсальные квантовые симуляторы.

«Квантовый компьютер можно рассматривать как "симулятор общих характеристик Природы", - объясняет Фабио Франчини (Fabio Franchini), ученый из Международной школы передовых исследований (SISSA) в Триесте. - Другими словами, это машина, способная имитировать природу как квантовую систему, то, что классические компьютеры не могут сделать». Квантовые компьютеры - это машины, которые осуществляют операции за счет использования явлений квантовой механики, и они способны выполнять различные функции современных компьютеров. Эта наука еще очень молода, и системы, созданные на сегодняшний день, по-прежнему очень ограничены в своих возможностях.

В исследовании были использованы аналитические и численные методы. «Мы нашли – объясняет д-р Франчини - что система, которая не может выявить майорановские фермионы, не может быть универсальным квантовым компьютером». Особенность фермионов Майораны в том, что они является  своими собственными античастицами. «В последние годы было высказано предположение, что эти фермионы могут быть найдены в состояниях материи, полезных для квантовых вычислений, и наше исследование подтверждает, что они должны присутствовать с определенной вероятностью, связанной с зацеплением, в материале, используемом для построения машины».

Зацепление, или "действие на расстоянии", является свойством квантовых частиц, при котором одна из них может влиять на другую, даже если они после взаимодействия разлетелись на большие расстояния. Зацепление является фундаментальным явлением для квантовых компьютеров.

«Наша работа помогает понять, на каких типах устройств следует сосредоточить исследования, чтобы построить этот универсальный симулятор. До сих пор, учитывая отсутствие критериев, исследования проводились несколько беспорядочно, с огромной тратой времени и ресурсов», - отметил д-р Франчини.

В настоящее время существуют несколько попыток построения квантовых машин, которые основываются на свойствах конкретных материалов. В зависимости от используемой технологии, эти компьютеры имеют размеры от маленькой коробки до целой комнаты, но до сих пор они только в состоянии обрабатывать небольшое количество информационных битов, совершенно не сравнимое с тем, которое под силу классическим компьютерам.

«Тем не менее, неправильно говорить, что квантовые компьютеры являются или будут более мощным, чем традиционные, - указывает д-р Франчини. - Есть некоторые задачи, для которых эти устройства не подходят. Но, используя квантовую механику, они могут выполнять операции, которые были бы невозможны для классических компьютеров».

Новая работа ограничивает сферу исследований в области квантовых вычислений