IBM все ближе подходит к квантовым вычислениям

IBM все ближе подходит к квантовым вычислениям

В этом месяце было очень много разговоров о законе Мура, о том, что ему вот уже 50 лет, а потому может ли он и дальше функционировать, или его необходимо дополнять? В любом случае, в какой-то момент, закон перестанет работать (скорее всего, в ближайшие 10 лет), так как мы не сможем бесконечно уменьшать чипы. Квантовые вычисления часть становятся одним из логичных преемников традиционных вычислений. Если их развить, это может стимулировать шаг вперед во многих областях, от сортировки хаотично расположенной информации в огромных хранилищах (что, по сути, является основой любого открытия), до разработки сверхматериалов, новых методов шифровки, новых лекарственных средств без метода проб и ошибок, и вообще без лабораторных испытаний.

Чтобы все это работало, кто-то должен изобрести квантовый компьютер. Этого, впрочем, еще не произошло, не считая огромные (и спорные) D-Wave устройства. Хотя, мы уже очень близки к этому прорыву. Исследователи из IBM, впервые придумали, как одновременно выявить и измерить бит-флип и фейз-флип квантовые ошибки. Также они спроектировали модель квантовой разрядной цепи, которую можно подогнать под любой размер.

"Квантовые вычисления могут быть потенциально способны к трансформации, позволяя нам решить проблемы, которые практически невозможно решить сегодня" - говорит в своем заявлении Арвинд Кришна, старший вице-президент и директор исследовательского отдела IBM.  "Хоть квантовые компьютеры традиционно рассматриваются только для криптографии, мы нашли очень убедительный аргумент для потенциального практического использования квантовых систем, чтобы решить проблемы физики и квантовой химии, которые все еще остаются загадками в наши дни. Это может иметь огромный потенциал в проектировании новых материалов и лекарств, открыв новую сферу применения".

IBM все ближе подходит к квантовым вычислениям

Так что же на самом деле происходит? Традиционные компьютеры подразумевают использование известных нам битов, которые могут принимать значение 0 или 1. Бит - символ двух состояний, это может быть высокое и низкое напряжение, или что-то вроде "вкл." и "выкл." Но кубит, или квантовый бит, может находиться в двух состояниях одновременно, что называется суперпозицией (0+1), при этом оба значения сосуществуют вместе. Эта способность, как минимум в теории, делает квантовый компьютер намного, намного быстрее текущего.

Проблема в том, что квантовый компьютер не будет работать, пока мы не избавимся от того, что называют квантовой декогеренцией, или ошибок в расчетах из-за температуры, дефектов, или электромагнитной радиации. Кубиты чрезвычайно чувствительны - простым измерением состояния одного из них можно изменить его поведение. Можно запросто получить бит-флип ошибку, когда измерение означает его противоположность (измерили 0, а на самом деле - 1). Или можно наткнуться на фейз-флип ошибку, которая означает неправильно распознанный знак состояния суперпозиции.

Так что коррекция квантовых ошибок - необходимая часть любого крупномасштабного надежного квантового компьютера. Но предыдущие концепции позволяли определить лишь одну ошибку за раз. Решение IBM - квантовая кубитная цепь, которая основана на квадратной решетке из четырех переохлажденных кубитов, расположенных на чипе, площадью примерно в четверть дюйма. Квадратный форм-фактор станет ключом к решению проблем квантовых систем, которые не могли решить линейные схемы. Форма также позволяет добавить больше кубитов.

IBM все ближе подходит к квантовым вычислениям

"До сегодня, исследователи могли обнаружить либо ошибку бит-флип, либо фейз-флип, но не обе одновременно. Предыдущие работы в этой области, используя линейные схемы, способны выявлять только ошибку бит-флипа, но таким образом информация о состоянии квантовой системы будет неполная, и в контексте квантового компьютера, она и вовсе не адекватна" - говорит Джей Гамбетта, менеджер группы квантовых исчислений IBM. "Наши результаты четырех кубитов помогает нам преодолеть этот барьер в обнаружении обоих типов ошибок, и подстроить схему под любой размер системы, так как кубиты расположены на квадратной решетке, в отличие от линейного массива".

Два прорыва IBM описаны в журнале Nature Communications от 29 апреля. Следующий шаг заключается в создании дизайна и производстве "кучки сверхпроводимых кубитов", надежных и долговечных, с низкой погрешностью. Как только это решится, можно будет говорить о том, что мы на пороге открытия полномасштабного квантового компьютера. И если один такой можно построить всего из 50 кубитов (квантовых битов), вместо четырех, предложенных IBM, "ни один из современных суперкомпьютеров не сможет превзойти его", а это будет вообще круто.

По теме:

Система Orphus
comments powered by Disqus
 
Top