Команда впервые осуществила квантовую телепортацию логических вентилей
Представьте себе компьютеры, способные за считанные секунды решать задачи, на которые самым мощным суперкомпьютерам потребовались бы годы. Это будущее, долгое время остававшееся в рамках научной фантастики, стало на один гигантский шаг ближе благодаря прорыву исследователей из Оксфордского университета: первой квантовой телепортации логических вентилей. Этот прорыв, о котором недавно было сообщено в пресс-релизе, может произвести революцию в квантовых вычислениях и проложить путь к созданию машин с непревзойденными возможностями.
Квантовые вычисления: готовящаяся революция
В отличие от обычных компьютеров, использующих биты (единицы информации, которые могут быть либо 0, либо 1), квантовые компьютеры опираются на кубиты. Не вдаваясь в подробности, отметим, что они используют удивительный принцип квантовой механики под названием суперпозиция, который позволяет кубиту быть одновременно и 0, и 1. Представьте себе монету, подброшенную в воздух, которая колеблется между орлом и решкой, никогда не падая обратно. Именно это свойство придает квантовым компьютерам мощь и позволяет им обрабатывать данные с экспоненциальной скоростью по сравнению с традиционными суперкомпьютерами.
Потенциальные возможности применения этой технологии огромны: от открытия новых лекарств до сверхточного моделирования климата, оптимизации логистики и передовой криптографии. Поэтому неудивительно, что академические институты и частные компании по всему миру вкладывают значительные средства в развитие квантовых вычислений.
Проблема масштабируемости: главное препятствие
Создание крупномасштабных квантовых компьютеров не обходится без трудностей. Чтобы решать сложные задачи, эти машины должны манипулировать миллионами кубитов одновременно. Проблема? Кубиты чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям, таким как тепло или вибрации. Поэтому они должны поддерживаться при температурах, близких к абсолютному нулю, в сверхстабильных средах. Создание квантового процессора, способного управлять таким большим количеством кубитов, потребует огромной и дорогостоящей инфраструктуры.
Столкнувшись с этой проблемой, исследователи из Оксфордского университета применили инновационный подход: вместо того чтобы расширять один квантовый компьютер, почему бы не соединить несколько небольших модулей вместе, чтобы сформировать более мощную машину? Такая модульная архитектура вполне может представлять собой будущее квантовых вычислений.
Гениальное решение: соединение кубитов с фотонами
Каждый модуль, разработанный оксфордской командой, содержит небольшое количество ионных кубитов в ловушке. Эти модули соединены между собой не электрическими проводами, а оптическими волокнами. Информация проходит через них в виде фотонов, частиц света, что позволяет запутывать кубиты на расстоянии. Этот процесс запутывания частиц (квантовая запутанность) лежит в основе квантовых вычислений и гарантирует, что информация остается когерентной между различными модулями.
Однако исследователи добились не только квантовой телепортации состояний кубитов (что уже является впечатляющим достижением), но и самих логических вентилей.
Квантовая телепортация логических вентилей: впервые в мире
В мире вычислительной техники логические вентили — это фундаментальные строительные блоки, позволяющие производить вычисления. Без них не может работать ни один компьютер, будь то классический или квантовый. Они манипулируют битами или кубитами для выполнения основных логических операций.
Оксфордской команде удалось телепортировать эти логические вентили между отдельными квантовыми компьютерами. Дугал Мейн, один из исследователей, объясняет: «Тщательно адаптируя эти взаимодействия, мы можем выполнять квантовые логические вентили, фундаментальные операции квантовых вычислений, между кубитами, размещенными в отдельных компьютерах». Другими словами, они создали систему, в которой несколько небольших квантовых компьютеров могут работать как единое целое, не будучи физически соединенными.
Экспериментальное доказательство
Для подтверждения своей технологии исследователи протестировали свою систему с алгоритмом Гровера — квантовым алгоритмом, известным своей способностью искать данные в неструктурированных наборах гораздо быстрее, чем обычные алгоритмы. Представьте себе поиск иголки в стоге сена: если традиционный компьютер будет проверять каждую нить по очереди, то квантовый компьютер, использующий этот алгоритм, найдет иголку в мгновение ока. Успех этого эксперимента доказывает, что распределенная квантовая обработка информации в сети не только возможна, но и эффективна при использовании современных технологий.
Источник: New-Science.ru https://new-science.ru/komanda-vpervye-osushhestvila-kvantovuju-teleportaciju-logicheskih-ventilej/