Квантовое преимущество: устройство выполнил 2,6 миллиарда лет вычислений за 4 минуты

Как это работает

Светоразделитель, расположен под углом 45 градусов, можно рассматривать как четырехпортовое устройство. Если два идентичных фотона падают на один и тот же светоразделитель различных портов, то оба будут выходить по одному и тому же порту, объясняют исследователи в статье опубликованной в журнале Science.

Интересно Ученые обнаружили намеки на "новую физику" в реликтовом излучении Вселенной

Пути фотонов становятся запутанными. Если построить достаточно большую сеть светоразделителей, то возникают разветвленно запутанные состояния. Количество выходных состояний быстро масштабируется с количеством входов и светоразделителей.

Схема четырехпортового устройства

В текущей демонстрации исследователи использовали 50 входов и чип с эквивалентом 300 светоразделителей. Общее количество возможных выходных состояний составляет около 1030.

Менее чем за четыре минуты исследователи получили результаты, для расчета которых быстрому классического компьютеру потребуется примерно 2,5 миллиарда лет.

Как это работает

После этого начались тщательные тесты для определения факта квантового поведения системы. Если рассчитать, что произойдет с конкретными входными состояниями и сравнить выходные состояния результатам этих вычислений, то результаты измерения совпадают с прогнозами. Также можно вычислить выходную мощность сети, если свет не находится в квантовом состоянии или если фотоны не идентичны, и эти измерения не соответствуют прогнозам. Это убедительно доказывает, что результат обусловлен квантовыми эффектами.

Квантовое устройство

Один лазер излучает 25 лучей одинаковой интенсивности, каждый из которых связан с двумя кристаллами, и кристаллы генерируют единичные фотоны. Кристаллы связаны с оптическими волокнами, выходы которых соединены с микросхемой, где размещены светоразделители. Выходы оптоволокон необходимо совместить с фотодетекторами. Вся установка занимает площадь около 1,5x2,5 м, она должна быть стабилизирована с высокой точностью (около 10 нм).

О квантовых компьютерах

На данный момент квантовые компьютеры состоят из цепочки ионов. Ионы расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы к ним можно было обращаться отдельно, а это значит, что информация (в форме квантовых битов или кубитов) может сохраняться и считываться из отдельных атомов. Вычислительные операции могут выполняться с использованием микроволн и движения ионов. Еще одним вариантом архитектуры квантовых компьютеров является сверхпроводящие кольца, охлаждающиеся жидким гелием.

Каждое кольцо – это кубит, который связан с другими с помощью проводов. Преимущество этого подхода в том, что оборудование относительно легко масштабировать. Но квантовое поведение каждого кубита нарушить гораздо проще.

Не пропустите Гелеобразное топливо для ракет снизит расходы на полеты и сделает их экологичнее

В отличие от обоих этих вариантов, оптический квантовый компьютер может быть устройством в масштабе микросхемы, которое питается от массива лазерных диодов, со считыванием данных с помощью серии однофотонные детекторов. Ни для одного из них не нужны сверхнизкие температуры или вакуум (если нужны детекторы счета фотонов, то можно обойтись жидким азотом). Для оптических квантовых вычислений нужна температурная стабильность и достаточно сложная система обратной связи, чтобы лазеры работали точно так, как нужно.