0 |
Международная группа исследователей нашла новый способ ускорить квантовые вычисления, который может проложить путь к огромному скачку в вычислительной мощности компьютеров.
Ученые из Ноттингемского университета и Стокгольмского университета (SU) ускорили квантовые вычисления с захваченными ионами, используя новый экспериментальный подход - ионы Ридберга в ловушке. Их результаты были опубликованы в Nature.
В обычных цифровых компьютерах логические элементы состоят из операционных битов, которые представляют собой электронные устройства на основе кремния. Информация кодируется в двух классических состояниях бита («0» и «1»). Это означает, что возможности классического компьютера увеличиваются линейно с количеством битов. Для решения возникающих научных и промышленных проблем создаются крупные вычислительные устройства или суперкомпьютеры.
Квантовый компьютер работает с использованием квантовых вентилей, то есть основных схемных операций над квантовыми битами (кубитами), которые сделаны из микроскопических квантовых частиц, таких как атомы и молекулы. Принципиально новым механизмом в квантовом компьютере является использование квантовой запутанности, которая может связывать два или группу кубитов вместе, так что их состояние больше не может быть описано классической физикой. Возможности квантового компьютера растут экспоненциально с увеличением числа кубитов. Эффективное использование квантовой запутанности значительно увеличивает возможности квантового компьютера для решения сложных проблем в таких областях, как криптография, материаловедение и медицина.
Среди различных физических систем, которые можно использовать для создания квантового компьютера, захваченные ионы возглавляли эту область годами. Основным препятствием на пути к крупномасштабному квантовому компьютеру с захваченными ионами является замедление вычислительных операций по мере расширения системы. Это новое исследование, возможно, нашло ответ на эту проблему.
Экспериментальная работа была проведена группой Маркуса Хеннриха (Markus Hennrich) в SU с использованием гигантских ридберговских ионов, в 100 млн. раз больших, чем нормальные атомы или ионы. Эти огромные ионы очень интерактивны и обмениваются квантовой информацией менее чем за микросекунду. Взаимодействие между ними создает квантовую запутанность. Чи Чжан (Chi Zhang) из Стокгольмского университета и его коллеги использовали перепутывающее взаимодействие для выполнения операции квантовых вычислений (запутывающих вентилей) примерно в 100 раз быстрее, чем обычно в системах с захваченными ионами.
Чи Чжан объясняет: «Обычно квантовые вентили замедляются в больших системах. Это не относится к нашим квантовым вентилям и ионным вентилям Ридберга в целом! Наши вентили могут позволить масштабировать квантовые компьютеры до размеров, где они действительно полезны!»
Теоретические расчеты в поддержку эксперимента и исследования источников ошибок были выполнены Вейбином Ли (Weibin Li) из Университета Ноттингема, Великобритания и Игорем Лесановским (Университет Ноттингема, Великобритания, и Тюбингенский университет, Германия). Их теоретическая работа подтвердила, что замедления, когда ионные кристаллы станут больше, действительно не ожидается, что подчеркивает перспективу масштабируемого квантового компьютера.
Вейбин Ли, доцент Школы физики и астрономии в Ноттингемском университете добавляет: «Наш теоретический анализ показывает, что квантовый компьютер с захваченными ионами Ридберга не только быстрый, но и масштабируемый, что делает возможным крупномасштабные квантовые вычисления, не беспокоясь о шуме окружающей среды. Совместная теоретическая и экспериментальная работа демонстрирует, что квантовые вычисления, основанные на захваченных ридберговских ионах, открывают новый путь для реализации быстрых квантовых вентилей и в то же время может преодолеть многие препятствия, встречающиеся в других системах».
В настоящее время команда работает над тем, чтобы запутать большее количество ионов и добиться еще более быстрых операций квантовых вычислений
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
0 |