Традиционно для создания квантовых компьютеров требуются астрономические инвестиции, исчисляемые миллионами долларов, в специализированные материалы и сложную инфраструктуру, такую как криогенные системы. Этот финансовый барьер серьезно ограничивает доступ к этой передовой технологии, ограничивая ее использование развитыми странами и несколькими привилегированными учреждениями.
Однако, барьер непомерно высокой стоимости квантовых технологий скоро может быть преодолен и это подтверждают исследователи из Университета Витватерсранда (Wits) в Йоханнесбурге, которые в результате революционного прорыва разработали метод создания квантовых компьютеров с использованием обычных компонентов, таких как лазеры и цифровые дисплеи. Это нововведение обещает сделать мощную квантовую технологию доступной по всему миру, нарушив установленные стандарты стоимости и технологической сложности.
Используя базовое оборудование, такое как лазеры и цифровые экраны проекторов, исследователям удалось собрать компьютер, способный выполнять сложные квантовые операции. Эта инновационная система продемонстрировала свою способность выполнять сложные задачи, которые выходят за рамки возможностей традиционных компьютеров.
Наиболее инновационным аспектом этого исследования является использование классически структурированного света, которым манипулируют для принятия определенных конфигураций, позволяющих передавать сложную информацию. Этот метод позволяет выполнять сложные математические операции, необходимые для функций квантовых компьютеров, такие как умножение матриц на фотоны, таким образом имитируя квантовые вычисления.
В ходе испытаний, в частности с использованием алгоритма Дойча-Йожса, квантовый компьютер продемонстрировал производительность, сравнимую с производительностью гораздо более дорогих квантовых систем. Эта проверка доказывает, что компьютер может обрабатывать несколько уровней информации одновременно, с потенциальной возможностью расширения до миллионов уровней. Эта функция может радикально изменить обработку и анализ сложных данных.
Доступность этой квантовой технологии открывает новые возможности для исследований и разработок в регионах, которые до сих пор были ограничены непомерно высокими затратами на современное оборудование, прокладывая путь к созданию квантовых компьютеров стоимостью менее 1000 евро в течение нескольких лет. Потенциальные области применения этих доступных квантовых компьютеров варьируются от передовой криптографии до решения сложных задач в физике, химии, и материалах, не говоря уже о значимых последствиях для таких отраслей, как финансы и национальная безопасность.
Этот прорыв представляет собой беспрецедентную демократизацию квантовых технологий, обещающую расширить их использование за пределы элитных исследовательских лабораторий и охватить учреждения в менее развитых регионах. Снизив финансовые и технические барьеры, исследователи из Университета ЮАР вполне могли бы начать новую эру квантовых вычислений, сделав их необычайные преимущества доступными для большей части человечества. Их разработка потенциально может ускорить сложные вычисления в таких областях, как логистика, финансы и искусственный интеллект.
"Традиционные компьютеры работают как коммутаторы, обрабатывая информацию в виде простых решений "да" или "нет". В нашем подходе лазерные лучи используются для одновременной обработки нескольких вариантов, что значительно увеличивает вычислительную мощность", - говорит доктор Исаак Нейп, руководитель направления оптики в Wits. Исследовательская группа создала свою систему, используя на удивление обычные компоненты - лазерные лучи, цифровые дисплеи, похожие на те, что используются в проекторах, и простые линзы. Ключевым моментом было связать взаимодействие света с оптическими устройствами, такими как цифровые дисплеи и линзы, с математическими операциями, которые выполняет квантовый компьютер. Эти операции можно просто разделить на умножение и сложение (с использованием векторов и матриц), выполняемые со скоростью света. Как только это было достигнуто, они продемонстрировали алгоритм Дойча-Йожса, хитроумный тест, определяющий, является ли операция, выполняемая компьютером, случайной или предсказуемой — то, что квантовый компьютер может выполнять намного быстрее, чем любая классическая вычислительная машина. Их метод позволяет обрабатывать гораздо больше информации, чем обычные компьютеры, которые ограничены работой только с единицами и нулями.
"Мы показали, что наша система может работать с 16 различными уровнями информации вместо только двух, используемых в классических компьютерах", - говорит Кони, руководивший экспериментом. "Теоретически, мы могли бы расширить его до миллионов уровней, что изменило бы правила обработки сложной информации". "Свет - идеальная среда для такого рода вычислений", - говорят исследователи. "Он работает невероятно быстро и может обрабатывать множество вычислений одновременно. Это делает его идеальным для решения сложных задач, на решение которых традиционным компьютерам потребовалось бы гораздо больше времени".
Исследование является частью инициативы WitsQ Quantum Initiative и поддерживается Южноафриканской квантовой инициативой (SAQuTI), которая позиционирует Южную Африку на переднем крае передовых компьютерных исследований. В настоящее время команда работает над расширением возможностей своей системы, что в будущем может привести к созданию еще более мощных вычислительных решений.
Исследование было опубликовано в журнале APL Photonics.
