Вчені створили найбільшу і найскладнішу квантово-комп'ютерну мережу поки що, отримавши 20 різних заплутаних квантових біт або кубітів, щоб поговорити один з одним.
Потім команда змогла прочитати інформацію, що міститься у всіх тих так званих кубітах, створивши для комп'ютера прототип квантової «короткочасної пам’яті». Хоча минулі зусилля заплутали більші групи частинок у ультрахолодних лазерах, це вперше дослідники змогли підтвердити, що вони справді є мережею.
Їх дослідження, опубліковане 10 квітня в журналі Physics Review X, підштовхує квантові комп'ютери на новий рівень, наближаючись до так званої «квантової переваги», де кубіти перевершують класичні біти комп'ютерів на основі кремнійборових чіпів, вважають дослідники .
Від бітів до кубітів
Традиційне обчислення базується на двійковій мові 0 і 1s - алфавіті, що містить лише дві літери, або серії глобусів, перевернутих на північний або південний полюс. Сучасні комп’ютери використовують цю мову, надсилаючи або зупиняючи потік електрики через металеві та кремнієві ланцюги, перемикаючи магнітну полярність або використовуючи інші механізми, які мають подвійний стан "увімкнено або вимкнено".
Однак квантові комп'ютери використовують іншу мову - з нескінченною кількістю «літер».
Якщо двійкові мови використовують північний і південний полюси земної кулі, то квантові обчислення використовуватимуть усі точки між ними. Метою квантових обчислень є також використання всієї площі між полюсами.
Але де могла бути написана така мова? Це не так, як ви можете знайти квантову речовину в магазині обладнання. Отже, команда відловлює іони кальцію лазерними променями. Імпульсуючи ці іони енергією, вони можуть переміщувати електрони з одного шару в інший.
У фізиці середньої школи електрони підстрибують між двома шарами, як автомобільні мінливі смуги. Але насправді електронів не існує в одному місці або в одному шарі - вони існують у багатьох одночасно, явище, відоме як квантова суперпозиція. Ця дивна квантова поведінка дає можливість створити нову комп'ютерну мову - ту, яка використовує нескінченні можливості. Якщо класичні обчислення використовують біти, ці іони кальцію в суперпозиції стають квантовими бітами або кубітами. Хоча в минулій роботі були створені такі кубіти раніше, фокус створення комп'ютера полягає в тому, щоб змусити цих кубітів спілкуватися один з одним.
"Самостійно мати всі ці індивідуальні іони - це насправді не те, що вас цікавить", - розповів Live Science Ніколай Фріс, перший автор статті та старший науковий співробітник Інституту квантової оптики та квантової інформації у Відні. "Якщо вони не розмовляють між собою, то все, що ви можете зробити з ними, - це дуже дороге класичне обчислення".
Розмовні шматочки
Щоб кубіти «розмовляли» в цьому випадку спиралися на інший химерний наслідок квантової механіки, який називають заплутуванням. Заплутування - це коли дві (або більше) частинки, здається, діють узгоджено, залежно, навіть коли вони розділені великими відстанями. Більшість експертів вважають, що заплутування частинок буде ключовим для квантових обчислень катапульти від лабораторного експерименту до обчислювальної революції.
"Двадцять років тому заплутування двох частинок було великою справою", - заявив співавтор дослідження Райнер Блатт, професор фізики в університеті Інсбрука в Австрії Live Science. "Але коли ви дійсно ходите і хочете побудувати квантовий комп'ютер, вам доведеться працювати не просто з п'ятьма, восьмими, 10 або 15 кубітами. Зрештою, нам доведеться працювати з багатьма, ще багатьма кубітами".
Команді вдалося з'єднати 20 частинок разом у керовану мережу - все ще не справжній квантовий комп'ютер, але найбільша така мережа на сьогоднішній день. І хоча їм ще потрібно підтвердити, що всі 20 повністю заплутані між собою, це суцільний крок до суперкомп'ютерів майбутнього. На сьогоднішній день кубіти не перевершують класичні комп'ютерні біти, але Блатт сказав, що настав момент, який часто називають квантовою перевагою.
"Квантовий комп'ютер ніколи не замінить класичні комп'ютери; він додасться до них", - сказав Блатт. "Ці речі можна зробити".
