Группа специалистов из Национального института стандартов и технологий США показала, что разработанное ими устройство способно к выполнению 160 различных простейших вычислительных задач, а потому теоретически может быть запрограммировано на любые вычисления, к которым математики не могут подступиться, имея в распоряжении даже самые современные суперкомпьютеры.
Работы по созданию квантовых компьютеров ведутся уже относительно давно. Преимуществом этих компьютеров, пока что только в теории, является невероятная скорость обработки информации, которая должна позволить им в будущем решать задачи, непосильные даже для самых современных суперкомпьютеров.
Принципиальным отличием квантовых компьютеров от современных является использование так называемых квантовых битов, кубитов, вместо двоичной системы представления информации в виде 0 и 1.
Кубиты, в отличие от битов – единичных ячеек информации в современных компьютерах – могут не только находиться в одно и то же время в двух различных состояниях (0 и 1), но и испытывать состояние так называемого квантового запутывания.
Это состояние кубитов проявляется в том, что, будучи разделенными большими расстояниями, на которых никакие физические силы их уже не связывают, кубиты ведут себя так, как будто между ними происходит какое-то взаимодействие, а изменение состояния одной частицы в системе приводит к закономерному изменению состояния другой.
Это явление до сих пор остается во многом загадочным для физиков – ученым пока неизвестно, как именно и с какой скоростью происходит передача информации о состоянии одной частицы к другой, однако ничто не мешает им пытаться применить его, руководствуясь многолетним опытом наблюдений.
Руководитель научной группы в институте Дэвид Вайнлэнд и его команда, в качестве кубитов использовали переохлажденные и заряженные атомы металла бериллия – ионы, удерживаемые в так называемой электромагнитной ионной ловушке.
Управлять кубитами и считывать с них информацию ученые научились с помощью импульсов ультрафиолетового лазера и варьирования электрического напряжения в ловушке.
Таким образом ученые сумели запустить 160 случайных различных простых вычислительных программ с участием двух кубитов, в ходе вычислений переходящих в состояние квантового запутывания, а так же "прочитать" результаты вычисления. Эта работа показывает, что данный квантовый процессор можно программировать для выполнения любого рода вычислений.
"В нашей работе мы впервые продемонстрировали программируемый квантовый процессор, работающий с двумя кубитами. Это шаг на пути к вычислениям с использованием большого числа кубитов и квантовых процессоров", – пояснил Дэвид Ханнеки, ведущий автор исследования.
Для того, чтобы разработка ученых могла быть использована в настоящих вычислениях, ученым еще предстоит повысить точность ее работы и увеличить количество используемых кубитов в процессоре.
Пока что точность его работы составляет примерно 79%, что обусловлено отклонениями в работе лазеров, излучение которых подвергается многоступенчатым преобразованиям прежде, чем попасть в квантовый процессор. Для реальных вычислений необходимо, чтобы точность работы лазеров позволила добиться точности работы процессора хотя бы 99,99%.