Исследователи сделают шаг вперед в квантовых вычислениях

Исследователи из Великобритании и США в пятницу опубликовали документ, в котором подробно излагаются открытия, которые могут привести к полному функциональному квантовому компьютеру на один шаг ближе к реальности.

Квантовые вычисления, которые были исследованы десятилетиями, традиционно имели проблема хранения данных в согласованном формате, что затрудняет запуск программ или вычислительных задач. Исследователи нашли способ сохранить электроны, которые хранят данные, дольше, что позволяет системе обрабатывать данные более когерентно и эффективно запускать программы.

Хотя в разработке квантовые компьютеры могут революционизировать лицо вычислений. Через несколько секунд квантовые компьютеры могут выполнять задачи, которые сегодня невозможно реализовать для суперкомпьютеров. Квантовые вычисления используют вещества - атомы и молекулы - обрабатывают огромное количество задач на скорости суперкомпьютера, потому что данные хранятся и распределяются в большем количестве состояний, а не в обычных двоичных состояниях 0 и 1.

Квантовые вычисления основаны на законах квантовой механики, которые рассматривают взаимодействие и поведение вещества на атомном и субатомно-протонном, нейтронном и электронном уровнях. Решая известные проблемы в квантовых вычислениях, исследователи участвуют в создании полноценного операционного квантового компьютера.

Существует много квантовых компьютерных проектов, которые хранят данные по-разному, сказал Гэвин Морли, один из авторов статьи и исследователь Лондонского центра нанотехнологий, который является совместным предприятием между университетским колледжем Лондона и Имперским колледжем Лондона. Морли работал с исследователями из нескольких учреждений, включая Университет штата Юта в Солт-Лейк-Сити. Исследователи использовали магнитные состояния электронов для хранения данных.

Квантовые биты должны вращаться для запуска программы, но иногда качество электронов ухудшается, отправляя их в нежелательные состояния - называемые квантовые шумы - которые могут представлять проблему так как пользователи могут потерять контроль над запущенной программой. Применяя определенное магнитное поле, исследователи использовали ток для определения состояния электрона, не приводя к нарушениям, давая им на 5000 процентов более продолжительный срок службы, чем любой другой подобный эксперимент на сегодняшний день, сказал Морли.

Исследование группы сосредоточено на атомы фосфора в кремнии. По словам Морли, наиболее успешные попытки ранее протекали мимо электронов через небольшие электрические провода, но это привело к большому квантовому шуму, устраняя ключевое преимущество материала.

Исследователи надеются, что их работа позволит им постройте квантовый суперкомпьютер, хотя может потребоваться время.

«Невозможно предсказать, когда или будет построен квантовый компьютер. Я надеюсь, что в ближайшие 15-20 лет он появится в исследовательской лаборатории», - сказал Морли..

Но помимо жестких задач, квантовые компьютеры будут решать вычислительные проблемы, которые поражают сегодняшние компьютеры, сказал Морли. «Например, мы могли бы моделировать поведение больших биологических молекул и лекарств для поиска новых лекарств», - сказал он.

Статья появилась в публикации Physical Review Letters.