Оксфордские ученые заявили о построении масштабируемого квантового суперкомпьютера, способного осуществлять телепортацию логических элементов.
В пресс-релизе Оксфордского университета говорится, что исследователи из физического факультета продемонстрировали первую в истории квантовую телепортацию логических элементов. Исследовательская группа успешно соединила два отдельных квантовых компьютера по фотонной сети, чтобы сформировать полностью подключенный квантовый компьютер.
Квантовые компьютеры используют квантовую механику для хранения и обработки информации. В отличие от двоичных компьютеров, где базовая единица информации или биты могут находиться либо во включенном, либо во выключенном состоянии, квантовые биты (кубиты) используют свойство суперпозиции, при котором информация может существовать в нескольких состояниях, что позволяет выполнять вычисления намного быстрее, чем современные суперкомпьютеры. Распределенные квантовые вычисления (DQC) объединяют вычислительную мощность нескольких сетевых модулей квантовой обработки, что в идеале позволяет выполнять большие квантовые схемы без ущерба для производительности или возможности подключения к кубитам. Превосходные вычислительные возможности квантовых компьютеров могут помочь в медицинских исследованиях, моделировании изменений климата и решении задач оптимизации во многих отраслях промышленности. Вот почему исследовательские институты и частные компании работают над внедрением этой передовой вычислительной технологии в реальный мир.
Чтобы квантовый компьютер мог решать задачи, стоящие сегодня перед человечеством, ему необходимо обработать большое количество информации, хранящейся во многих кубитах. Поскольку квантовые компьютеры работают при чрезвычайно низких температурах, создание большого квантового процессора, способного обрабатывать миллионы кубитов одновременно, означало бы создание машины огромных размеров и столь же большой инфраструктуры криогенного охлаждения.
Исследователи из физического факультета Оксфордского университета попытались решить эту проблему с помощью масштабируемой архитектуры, в которой модули могут быть соединены друг с другом для создания большой машины. Каждый модуль в их исследовании состоял из небольшого количества захваченных ионных кубитов, которые затем были соединены друг с другом с помощью оптоволоконного кабеля. Здесь данные передаются в виде фотонов, а не электрических сигналов, что позволяет кубитам соединяться между модулями.
В результате исследователи из Оксфорда первыми продемонстрировали квантовую телепортацию логических элементов. «В нашем исследовании мы используем квантовую телепортацию для создания взаимодействий между этими удаленными системами, — объяснил Дугал Мейн из Оксфордского университета, который принимал участие в исследовании. — Тщательно настраивая эти взаимодействия, мы можем выполнять логические квантовые операции — фундаментальные операции квантовых вычислений — между кубитами, размещенными в отдельных квантовых компьютерах. Этот прорыв позволяет нам эффективно "соединять" отдельные квантовые процессоры в единый, полностью подключенный квантовый компьютер».
Концепция такого квантового компьютера основана на обычной суперкомпьютерной системе, в которой несколько компьютеров меньшего размера подключены для достижения более высокой вычислительной мощности. Для квантового компьютера этот подход позволяет преодолеть проблему масштабируемости, обеспечивая при этом необходимую среду для операций квантового масштаба, которые подвержены помехам и ошибкам.
Чтобы продемонстрировать эффективность своего подхода, исследователи успешно выполнили поиск по методу Гровера, в котором была предпринята попытка найти определенный элемент в большом неструктурированном наборе данных. “Наш эксперимент демонстрирует, что распределенная по сети квантовая обработка информации возможна с использованием современных технологий”, — добавил Дэвид Лукас, ведущий научный сотрудник британского центра квантовых вычислений и моделирования в Оксфордском университете физики, в пресс-релизе.
Результаты исследования оксфордских ученых опубликованы в журнале Nature.
