Все новости

В России создали новый метод масштабирования квантовых компьютеров

Идея состоит в том, чтобы использовать дополнительные уровни физических систем для увеличения качества реализации квантовых операций и более "плотного" кодирования информации

МОСКВА, 6 апреля. /ТАСС/. Физики из РФ выяснили, что вычислительные мощности квантовых компьютеров проще наращивать, если использовать многоуровневые квантовые ячейки памяти вместо классических кубитов, квантовых аналогов битов. Об этом сообщила в среду пресс-служба Российского квантового центра (РКЦ) со ссылкой на статью в журнале Physical Review A.

"Идея состоит в том, чтобы использовать дополнительные уровни физических систем для увеличения качества реализации квантовых операций и более "плотного" кодирования информации. Для демонстрации схемы мы выбрали сверхпроводниковый квантовый компьютер. Кроме того, в России сейчас идет работа по созданию многоуровневого квантового компьютера на базе ионов", - заявил руководитель научной группы РКЦ Алексей Федоров, чьи слова приводит пресс-служба центра.

Большинство ныне существующих квантовых компьютеров представляет собой вычислительные машины, построенные на базе так называемых кубитов. Так ученые называют квантовые аналоги логических битов, которые представляют собой аналог искусственного атома водорода с двумя энергетическими уровнями.

Помимо кубитов, существуют и более сложные квантовые ячейки памяти, так называемые кутриты и куквадры, обладающие тремя или четырьмя уровнями. В последние годы физики и инженеры начали активно интересоваться свойствами многоуровневых кубитов, так как они позволяют уменьшить число частиц, необходимых для хранения и обработки данных. При этом кутритами и куквадрами значительно сложнее манипулировать.

Многоуровневые квантовые вычисления

Федоров и его коллеги выяснили, что многоуровневые кубиты можно достаточно легко приспособить для проведения одной из самых распространенных квантово-логических операций, так называемого вентиля Тоффоли. В рамках этой операции в логическое устройство поступает три бита, значения двух из которых определяют то, будет ли "перевернуто" содержимое третьего бита.

Вентили Тоффоли привлекательны тем, что при их помощи можно реализовать все другие логические операции и построить фактически любую логическую схему. Это позволяет использовать их для создания универсальных квантовых компьютеров, способных решать произвольные задачи. Эти логические блоки, как отмечают Федоров и его коллеги, уже собирались на базе двухуровневых кубитов "облачного" квантового компьютера фирмы IBM и других лидеров "квантовой гонки".

Ученые РФ разработали алгоритм, который позволяет использовать кутриты для создания полноценных вентилей Тоффоли, не требующих других типов квантовых битов для своей работы. По их словам, подобный подход позволяет значительно упростить архитектуру вычислительной системы и облегчает извлечение информации из нее, что повышает ее масштабируемость.

Работу этой методики ученые РФ проверили на 32-кубитном сверхпроводящем квантовом компьютере Aspen-9, который был создан квантовым стартапом Rigetti Computing. Проведенные ими тесты подтвердили жизнеспособность нового алгоритма и указали на возможность его использования при работе с вычислительными машинами на базе реальных кутритов и куквартов, в том числе и тех, которые сейчас разрабатываются специалистами РКЦ и Физического института РАН.

Теги