Технологии Исследователи двух континентов сообщают о двух больших прорывах в технологиях квантовых вычислений: квантовая система разработана по принципу совместного хранения программ и данных в памяти компьютера, известного под названием архитектуры фон Неймана, а также на квантово-компьютерной платформе построена цифровая рабочая квантовая модель. Несмотря на то, что эти события все еще находятся на уровне лабораторных исследований, квантовый скачок в вычислениях может быть не за горами.
В первом исследовании ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре утверждают, что создали первую рабочую квантовую компьютерную микросхему на базе системы фон Неймана. Названная в честь инженера, разработавшего концепцию, архитектура фон Неймана сочетает в себе процессор и память, что составляет основу любого компьютера.
Этот квантовый процессор является по сути большим прорывом, так как квантовые компьютеры, насколько известно, сложно разрабатывать. Они основаны на концепции суперпозиции - квантовый бит или кубит могут существовать в двух разных состояниях одновременно. Иными словами, он может обозначать и ноль, и единицу в одно и то же время, и поэтому может выполнять вычисления быстрее, чем система, основанная только на нуле или на единице. Однако кубиты сложно удержать в каком-то одном состоянии, а вмешательство в них, в свою очередь, может уничтожить их возможности суперпозиции. Таким образом, появление системы, которая интегрирует оперативную память в кубиты, является большим шагом на пути к разработке рабочего компьютера.
Ученые заморозили квантовый процессор почти до абсолютного нуля и выполнили несколько расчетов. Квантовая информация распространялась в обе стороны между элементами хранения и обработки данных, при этом система, хоть и не идеально, но работала. Ученые также обнаружили, что квантовая память способна хранить информацию более длительное время, чем кубиты, что тоже является хорошим знаком.
В дальнейшем разработчики попытаются увеличить число квантовых устройств интегрированных в одну микросхему, а также будут изучать различные металлические материалы, рассчитывая на облегчение этого процесса.
В другом квантовом исследовании ученые из Австрии разработали первую рабочую квантовую модель - что-то вроде квантового компьютера, но отличающегося от него масштабами. Она может быть использована для создания режима квантовой системы, которая потенциально могла бы способствовать ускорению создания квантовых компьютеров.
Моделировать поведение квантовых систем невозможно используя обычный компьютер, как это заметил Ричард Фейнман (Richard Feynman) в 1982 году. Это займет экспоненциальное время (время решения задачи, ограниченное экспонентой от размерности задачи), при этом система работает все медленнее и медленнее с увеличением числа расчетов. Для общего описания вращения квантовой системы с трехстами частицами, компьютеру потребуется больше памяти, чем всего ее существует в мире на данный момент. Но квантовая модель, для доработки которой потребуется еще немало расчетов, не будет испытывать такого снижения работоспособности. Для этого придется очень тщательно контролировать настройки, чем, собственно и занялись австрийцы.
Команда исследователей использовала шесть охлажденных атомов кальция в качестве кубитов и лазерные импульсы, чтобы начать расчеты. Они обнаружили, что система может имитировать несколько типов взаимодействующих вращательных систем. Модель может быть перепрограммирована для имитации любого типа квантовой системы, утверждают исследователи.
Таким образом, прорывы, подобные этим, обнадеживают нас и говорят о том, что разработка квантовых компьютеров может совсем скоро стать реальностью.
