Ученые только что совершили прорыв в квантовых вычислениях

Исследовательская группа из Японского института молекулярных наук добилась больших успехов в области квантовых вычислений, сделав это с помощью вентиля с двумя кубитами. Кубит — это квантовый эквивалент двоичного бита, который является базовой единицей информации, используемой в вычислениях.

Команде удалось запустить самый быстрый в мире вентиль с двумя кубитами всего за 6,5 наносекунд. В процессе исследователям пришлось преодолеть некоторые ограничения, связанные с такого рода технологиями. Однако есть одна загвоздка — метод, который они использовали, может быть сложно воспроизвести в менее исследовательской среде.

Квантовые вычисления все еще остаются неизведанной территорией, но они могут стать воротами к решению проблем, с которыми современные компьютеры не справляются. Это также потенциально может значительно ускорить выполнение задач высокопроизводительных вычислений (HPC). Хотя потенциал, безусловно, есть и технологические гиганты, такие как IBM и Intel, используют его, ограничения тоже существуют, и поэтому исследовательские группы во всем мире продолжают изучать эту тему.

Группа ученых из Института молекулярных наук во главе с аспирантом Йелаем Чу, доцентом Сильвеном де Леселеком и профессором Кендзи Омори провела исследование и опубликовала свои выводы в журнале Nature Photonics . Операция с двумя кубитами, которую они смогли выполнить, — ранний, но важный шаг. Tom's Hardware была одной из первых публикаций, подробно описывающих процесс после того, как первая статья в Nature появилась в Интернете.

Кубиты — это квантовый эквивалент битов, с которыми мы все знакомы из повседневных вычислений. Однако у кубитов есть преимущество — их значение не ограничено единицей или нулем; вместо этого они могут представлять как единицу, так и ноль. Это делает их намного более эффективными и раскрывает их способность выполнять сложные задачи в гораздо более короткие сроки. К сожалению, кубиты быстро декогерируют, а это означает, что они больше не возвращают точных результатов.

Операция с двумя кубитами требует, чтобы кубиты были запутаны, и на эту запутанность влияют различные факторы, которые могут ускорить декогерентность. Проблема декогеренции может быть решена двумя способами: операции должны выполняться намного быстрее, прежде чем кубиты декогерентизируются, или запутанность должна длиться дольше. Научная группа выбрала первый подход, который заключался в том, чтобы резко ускорить процесс — и они сделали это, установив в процессе мировой рекорд.

Исследователи использовали лазеры, чтобы резко охладить два атомных кубита, сделанных из элемента рубидия. Температура достигла почти абсолютного нуля, опустившись до -273,15 градусов по Цельсию. Затем эти атомы были закреплены в пределах микрометра друг от друга с помощью оптического пинцета. Затем они использовали лазер для манипулирования кубитами с интервалом в 10 пикосекунд. Пикосекунда эквивалентна одной триллионной доли секунды.

С помощью вышеуказанных шагов исследователи смогли успешно запустить квантовый вентиль всего за 6,5 наносекунд, что сделало его самой быстрой в мире операцией двухкубитного вентиля. Предыдущий рекорд был равен 15 наносекундам.

Хотя этот скачок не означает, что квантовые вычисления внезапно получат широкое распространение, он означает, что ученые делают большие успехи в этом направлении. К сожалению, этот тип технологии может быть трудно воспроизвести в среде высокопроизводительных вычислений, где он будет использоваться чаще всего.

Кубиты из атомов рубидия, которые использовались исследователями для запуска этого сверхбыстрого кубитного вентиля, должны быть охлаждены почти до абсолютного нуля, чтобы работать. Это возможно в особых случаях, но на самом деле большинство организаций обратятся к другому решению, пока этим не станет легче управлять. С другой стороны, даже если эта технология не станет популярной в один прекрасный день, исследование важно, поскольку ученые продолжают пытаться определить, где именно находится будущее вычислений.