г. Москва, ул. Ленинская слобода, д. 19,
БЦ "Omega Plaza", 2-й эт., оф. № 2040

Принстонский университет и NIST упростят квантовые вычисления

  • 24.10.2012

Мы еще на один шаг приблизились к практической реализации квантового компьютера. Ученые из Принстонского университета и Объединенного института квантовой физики (Joint Quantum Institute;JQI) показали, как могут быть преодолены главные препятствия, мешающие разработке полномасштабного квантового компьютера, которые возникают при передаче информации от одного квантового бита* в другой. Так называемая "квантовая шина", созданная учеными, обеспечивает связь, которая позволила бы квантовому процессору выполнять сложные вычисления.

123.jpg
Микрофотография устройства "квантовой шины", похожей на ту, эффективность которой измерялась в рамках описанного эксперимента. Обратите внимание на герб Принстонского университета (Принстонский тигр). Его длина от головы до хвоста составляет всего лишь 1 мм. Спин-орбитальные кубиты находятся на стыке семи управляющих электродов.

Фото: Принстонский университет

Объединенный институт квантовой физики был основан совместными усилиями Национального Института Стандартов и Технологий (National Institute of Standards and Technology; NIST) и Мэрилендского университета в Колледж-Парке (University of Maryland College Park). 

Отметим, что кубиты в отличие от всем нам известных “классических” битов могут иметь значение не только 0 или 1, но также содержать одновременно два значения. Это свойство кубитов, называемое суперпозицией, дает квантовым компьютерами огромное преимущество по сравнению с обычными системами при выполнении определенных типов вычислений. Но эти квантовые состояния являются хрупкими и недолговечными, что делает разработку способов выполнения основных функций, таких как передача данных между отдельными кубитами (или формирование “связи”) довольно трудной.

"Для того чтобы связать кубиты, мы должны быть в состоянии переместить информацию об одном из них на другой", говорит физик NIST Джейкоб Тейлор. "Для этого есть несколько способов, и обычно они включают механизмы, требующие быстрого передвижения самих частиц, что очень трудновыполнимо без дестабилизации их спинов, которые являются носителями информации. Также возможен вариант передачи информации о спинах посредством света. В то время как этот механизм проще, чем перемещение самих частиц, взаимодействие между светом и веществом, как правило, очень слабое".

Тейлор говорит, что мы можем думать о механизме, разработанном его командой, как об игре в парный теннис.

"Тот факт, сможет ли команда вернуть подачу или нет, полностью зависит от того, насколько хорошо и слаженно все ее члены играют вместе", говорит Тейлор. "Если они дополняют друг друга, и один из них играет на передней половине корта, а другой - на задней половине, они смогут отбить подачу и вернуть мяч другой команде игроков. Если они оба пытаются играть на передней половине корта или на задней его части, они не смогут вернуть подачу, и мяч будет пролетать мимо них. Аналогично, если спины электронов дополняют друг друга (являются комплементарными), их поле будет влиять на поле фотона, когда тот проходит мимо, и фотон будет нести информацию о спинах электронов к другим кубитам. Когда спины не связаны, они не будут влиять на фотон, и на другие кубиты не будет поступать никакой информации".

"Квантовая шина", созданная командой экспертов из Объединенного института квантовой физики и Принстонского университета, является гибридной системой, которая сочетает две известных науке квантовых технологий - спин-орбитальные кубиты и принципы построения контуров на базе квантовой электродинамики (circuit quantum electrodynamics; QED) - а также некоторые доработки. Спин-орбитальные кубиты представляет собой пару квантовых точек ** из арсенида индия, которые были разработаны с целью создания сильной связи между спинами электронов, оказавшихся в ловушке внутри квантовой точки, и позицией электрона в квантовой точке. Это, в свою очередь, позволяет магнитному полю кубита, содержащему спины, соединяться с полями микроволновых фотонов, проходящих через подключенный к контуру сверхпроводящий резонатор.

Подобная структура дает возможность информации о спинах кубитов быть переданной в микроволновый резонатор, которая при внесении некоторых дополнительных модификаций может быть передана другому кубиту.

Эксперимент по тестированию новой технологии, который стал кульминацией пяти лет активной работы команды ученых, состоялся в Принстонском университете. Специалисты NIST / JQI оказывали своим коллегами помощь по вопросам квантовой теории.

* Кантовый бит - (кубит; q-бит, кьюбит; от quantum bit) — квантовый разряд или наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере.

** Квантовая точка — фрагмент проводника или полупроводника, ограниченный по всем трём пространственным измерениям и содержащий электроны проводимости.

Поделиться с друзьями!
Появились вопросы?

Вы можете задать любой вопрос на тему сертификации вашей продукции.