Универсален квантов компютър от Google

Инженери и учени от компанията Google създадоха прототип на универсална система за квантови изчисления, която работи благодарение на комбинация от свръхпроводници и така наречените адиабатични квантови системи, става ясно от статия, публикувана в изданието Nature.

„Ако се добави към тази система механизъм за корекция на грешките, то тогава нашият подход позволява да се създаде универсален алгоритъм, който ще стане основа за неограничено мащабиран квантов компютър“, казва Алиреза Шабани (Alireza Shabani) от Google.

Квантовите компютри представляват изчислителни устройства, чиято мощност нараства по експоненциален начин благодарение на използването на законите на квантовата механика в тяхната работа. Всички подобни устройства се състоят от кюбити – клетки за памет и едновременно примитивни изчислителни модули, способни да съхраняват в себе си едновременно и нула, и единица.

Днес съществуват два основни подхода към разработката на подобни устройства – класически и адиабатичен. Привържениците на първия от тях се опитват да създадат универсален квантов компютър, чиито кюбити се подчиняват на правилата, по които работят обичайните цифрови устройства.

Работата с подобно изчислително устройство в идеалния случай не би трябвало да се отличава силно от управлението на обичайните компютри.

Така наречените адиабатични квантови компютри използват аналогов подход към управлението на поведението на кюбитите. По същина в такова устройство тяхното взаимодействие се „дирижира“ не от учени или уреди, а от силите на природата. Подобни изчислителни системи се създават доста по-лесно, но те работят сравнително бавно и изключително трудно може да се приспособят за решаването на нетипични за тях задачи, както и да се увеличат техните размери и мощност.

Инженерите и учените от Google под ръководството на Шабани са открили начин да обединят плюсовете на двата подхода, като „цифровизирали“, както се изразяват самите те, адиабатичната квантова изчислителна система. Техният квантов компютър се състои от девет кюбита и около хиляда квантови логически вентила, които задават състоянието на тези клетки за памет и управляват тяхното поведение и „взаимоотношения“ помежду им.

Ролята на кюбити играят неголеми ивици от свръхпроводници във вид на кръстове, които са съединени помежду си с пръстени от специални феромагнитни и антиферомагнитни материали. Ролята на логически вентили играят специални излъчватели на микровълново лъчение. Като променят положението на тези вентили, учените могат гъвкаво да задават алгоритъма на работа на изчислителната система и да променят нейното устройство, без да внасят изменения на „желязно“ ниво.

Използвайки тези вентили, служителите на Google са събрали в този квантов изчислител системи от три, шест, седем, осем и девет кюбита, решаващи различни задачи и ползващи различни алгоритми за търсене на отговор. Както се надяват изследователите, създадената от тях система ще стане основа за универсални квантови компютри на бъдещето, което ще позволи на Google да стане лидер в тази сфера.