Ученые создали самую большую и сложную квантово-компьютерную сеть, получив 20 различных запутанных квантовых битов, или кубитов, для общения друг с другом.
Затем команда смогла зачитать информацию, содержащуюся во всех этих так называемых кубитах, создав прототип квантовой «кратковременной памяти» для компьютера. Хотя прошлые усилия запутали большие группы частиц в ультрахолодных лазерах, исследователи впервые смогли подтвердить, что они действительно находятся в сети.
Их исследование, опубликованное 10 апреля в журнале Physics Review X, выводит квантовые компьютеры на новый уровень, приближаясь к так называемому «квантовому преимуществу», где кубиты превосходят классические биты компьютеров на основе кремниевых чипов, утверждают исследователи. ,
От битов к кубитам
Традиционные вычисления основаны на двоичном языке 0 и 1 - алфавите, состоящем всего из двух букв, или серии глобусов, перевернутых на северный или южный полюс. Современные компьютеры используют этот язык, отправляя или останавливая поток электричества через металлические и кремниевые цепи, переключая магнитную полярность или используя другие механизмы, которые имеют двойное состояние «включено или выключено».
Однако квантовые компьютеры используют другой язык - с бесконечным количеством «букв».
Если бинарные языки используют северный и южный полюсы глобусов, тогда квантовые вычисления будут использовать все промежуточные точки. Цель квантовых вычислений - также использовать всю область между полюсами.
Но где можно написать такой язык? Это не так, как вы можете найти квантовую материю в хозяйственном магазине. Итак, команда ловила ионы кальция лазерными лучами. Импульсируя эти ионы с энергией, они могут перемещать электроны из одного слоя в другой.
В физике средней школы электроны прыгают между двумя слоями, как машина, меняющая полосы движения. Но в действительности электроны не существуют в одном месте или в одном слое - они существуют во многих одновременно, явление, известное как квантовая суперпозиция. Это странное квантовое поведение дает шанс для разработки нового компьютерного языка, который использует бесконечные возможности. В то время как классические вычисления используют биты, эти ионы кальция в суперпозиции становятся квантовыми битами или кубитами. В то время как предыдущая работа создавала такие кубиты раньше, хитрость в создании компьютера заключается в том, чтобы заставить эти кубиты общаться друг с другом.
«Наличие всех этих отдельных ионов само по себе - не то, что вас интересует», - сказал Live Science Николай Фрайс, первый автор статьи и старший научный сотрудник Института квантовой оптики и квантовой информации в Вене. «Если они не разговаривают друг с другом, то все, что вы можете с ними сделать, - это очень дорогие классические вычисления».
Говорящие биты
Чтобы заставить «говорящие» кубиты в этом случае полагаться на еще одно странное следствие квантовой механики, называемое запутанностью. Запутывание - это когда две (или более) частицы, кажется, действуют скоординированным, зависимым образом, даже когда они разделены огромными расстояниями. Большинство экспертов считают, что запутанные частицы будут ключевыми в качестве катапульт квантовых вычислений от лабораторного эксперимента до вычислительной революции.
«Двадцать лет назад запутывание двух частиц имело большое значение», - сказал Live Science соавтор исследования Райнер Блатт, профессор физики в Инсбрукском университете в Австрии. «Но когда вы действительно захотите построить квантовый компьютер, вам придется работать не только с пятью, восемью, десятью или четырьмя кубитами. В конце концов, нам придется работать со многими, многими другими кубитами».
Команде удалось объединить 20 частиц вместе в контролируемую сеть - все еще не хватает настоящего квантового компьютера, но крупнейшей такой сети на сегодняшний день. И хотя им все еще нужно подтвердить, что все 20 полностью запутаны друг с другом, это серьезный шаг навстречу суперкомпьютерам будущего. На сегодняшний день кубиты не превзошли классические компьютерные биты, но Блатт сказал, что наступает момент, который часто называют квантовым преимуществом.
«Квантовый компьютер никогда не заменит классические компьютеры, он добавится к ним», - сказал Блатт. «Эти вещи можно сделать».
