Физики создали первый программируемый квантовый компьютер
МОСКВА, 3 авг – РИА Новости. Международный коллектив ученых заявил о создании первого перепрограммируемого квантового вычислительного устройства, работу которого можно менять, не внося изменений в его физическую архитектуру, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
"Для того, чтобы компьютер мог быть в принципе полезным для нас, его пользователь не обязан знать то, что происходит внутри него. Мало кто из владельцев "айфонов" интересуется тем, что происходит внутри их телефона на физическом уровне. Наш эксперимент позволил высококачественным квантовым битам выйти на высокофункциональный уровень работы благодаря возможности их перенастройки на программном уровне", — заявил Кристофер Монро (Christopher Monroe) из университета штата Мэриленд (США).
Квантовый компьютер Монро и его коллег представляет собой набор из пяти связанных друг с другом кубитов на базе ионов иттербия, одного из самых популярных и хорошо изученных материалов для изготовления ячеек памяти и простейших вычислительных модулей подобных устройств.
Кубиты представляют собой одновременно и ячейки памяти, и вычислительные модули квантового компьютера, которые могут одновременно хранить в себе и логический ноль, и единицу благодаря квантово-механическим эффектам и законам квантовой физики. Объединение нескольких кубитов в единую вычислительную систему позволяет очень быстро решать те математические или физические задачи, поиск ответа на которые при помощи методик перебора заняло бы время, сопоставимое со временем жизни Вселенной.
Физики и инженеры достаточно давно научились создавать относительно стабильные кубиты, способные хранить в себе данные доли секунды или даже десятки секунд, однако объединение более двух кубитов в единое и взаимосвязанное целое оказалось более сложной задачей, чем это представляли ученые.
Монро и его коллеги решили эту проблему, объединив кубиты в своеобразную "пентаграмму" при помощи лазеров и магнитных полей. Управляя вспышками лазера и состоянием полей при помощи программы на обычном компьютере, ученые могут создавать новые связи между кубитами, "запутывая" их на квантовом уровне, и менять уже существующие, разрушая имеющиеся связи.
Это позволяет реализовать любой алгоритм, для работы которого достаточно пять кубитов. Для решения подобной задачи команда Монро создала специальный компилятор, который "переводит" математический алгоритм в инструкции, понятные системе, управляющие работой квантового компьютера. В качестве демонстрации авторы статьи запустили на своем компьютере алгоритмы Дойча-Йожи, Бернштейна-Вазирани, а также создали алгоритм квантовых преобразований Фурье.
По словам ученых, их разработка отличается крайне высокой надежностью – кубиты выдают правильный результат в 98% случаев и ошибаются лишь в 2% случаев. Это в принципе позволяет использовать подобные вычислительные устройства для решения практически значимых задач.
Конечно, пять кубитов хватает лишь для решения самых простых и тривиальных задач, однако, как комментирует открытие физик Стивен Бартлетт (Steven Bartlett) из университета Сиднея (Австралия), разрабатывающий полупроводниковые кубиты, это всего лишь первый прототип почти универсального квантового компьютера. Он поможет ученым понять, с какой скоростью смогут работать эти устройства, какие проблемы их ждут и решить массу других практических проблем, связанных с архитектурой таких вычислительных устройств.