Квантовая физика, квантовые вычисления, память и кубиты 3 июня 2022, 14:23
  • Ольга Мурая

Квантовый компьютер впервые подключили к интернету

  • Машина смогла производить вычисления с 219 фотонами, находящимися в квантовой запутанности.
    Машина смогла производить вычисления с 219 фотонами, находящимися в квантовой запутанности.
    Фото Anton Maksimov 5642.su/Unsplash.
  • Новая машина может обрабатывать до 219 фотонов, но в среднем она работала с 125 фотонами. Предыдущие рекорды других научных групп были поставлены в диапазоне от 76 до 113 фотонов.
    Новая машина может обрабатывать до 219 фотонов, но в среднем она работала с 125 фотонами. Предыдущие рекорды других научных групп были поставлены в диапазоне от 76 до 113 фотонов.
    Иллюстрация Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04725-x.
  • Машина смогла производить вычисления с 219 фотонами, находящимися в квантовой запутанности.
    Машина смогла производить вычисления с 219 фотонами, находящимися в квантовой запутанности.
    Фото Anton Maksimov 5642.su/Unsplash.
  • Новая машина может обрабатывать до 219 фотонов, но в среднем она работала с 125 фотонами. Предыдущие рекорды других научных групп были поставлены в диапазоне от 76 до 113 фотонов.
    Новая машина может обрабатывать до 219 фотонов, но в среднем она работала с 125 фотонами. Предыдущие рекорды других научных групп были поставлены в диапазоне от 76 до 113 фотонов.
    Иллюстрация Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04725-x.
Теперь компьютером, достигшим квантового превосходства, теоретически может воспользоваться каждый желающий.

Этот квантовый компьютер за 36 микросекунд решил задачу, на выполнение которой самому быстрому суперкомпьютеру потребовалось бы не менее 9 000 лет!

Но самое главное: создатели машины также подключили её к интернету. То есть столь мощный квантовый компьютер впервые стал доступен для общественности.

Квантовые компьютеры теоретически могут выполнять определённые вычисления гораздо быстрее, чем обычные компьютеры.

Давняя цель в этой области, называемая квантовое преимущество, или квантовое превосходство, состояла в том, чтобы продемонстрировать, что квантовые компьютеры действительно могут победить обычные по части вычислений.

В 2019 году компания Google заявила, что впервые в мире сделала это. Тогда процессор Sycamore смог решить задачу, связанную с выборкой случайных чисел, которая практически не по зубам классическим машинам.

Теперь исследователи из компании Xanadu Quantum Technologies в Торонто совместно с коллегами из США построили квантовый компьютер под названием Borealis, который использует частицы света (фотоны), путешествующие по цепи волоконно-оптических петель, для решения задачи, известной как сэмплирование бозонов.

Бозонное сэмплирование — сложная задача для обычных компьютеров, потому что по мере увеличения числа фотонов сложность вычислений резко возрастает. По сути, Borealis вычисляет ответ, напрямую измеряя поведение до 216 фотонов, находящихся в состоянии квантовой запутанности.

Не сказать, что решение этой задачи принесёт особую научную пользу, если не считать достижения квантового преимущества, но это важный тест.

Новая машина может обрабатывать до 219 фотонов, но в среднем она работала с 125 фотонами. Предыдущие рекорды других научных групп были поставлены в диапазоне от 76 до 113 фотонов.

Borealis — второе устройство, демонстрирующее квантовое преимущество при бозонном сэмплировании.

Первой этот рубеж взяла машина под названием Jiuzhang, созданная китайскими исследователями.

Jiuzhang показал квантовое преимущество в 2020 году с 76 фотонами, а затем в 2021 году его улучшенная версия решила задачу с использованием 113 фотонов.

Отметим, что Jiuzhang для отправки запутанных фотонов в разных направлениях использует больше светоделителей, чем Borealis.

Однако в Borealis применяется другой подход: в нём используются волоконно-оптические петли, которые, заставляя свет путешествовать по каналам дольше, задерживают прохождение одних фотонов относительно других. Такой метод разделяет отправку фотонов во времени, а не в пространстве.

Дополнительным преимуществом такой упрощённой конструкции является то, что таким компьютером легче управлять. Поэтому его также можно перепрограммировать удалённо, через интернет — что и стало основным достижением команды.

Однако Borealis пока не дотягивает до полностью программируемого квантового компьютера, такого как Sycamore, отмечает Радж Патель из Оксфордского университета, не принимавший участия в исследовании.

Дело в том, что компонент под названием интерферометр, измеряющий результаты интерференции (позволяет "извлекать информацию" из фотонов) был настроен на получение более чётких показаний. А для этого исследователи ограничили его, чтобы он мог записывать только некоторые взаимодействия фотонов.

Чтобы создать машину, которая может решать реальные проблемы, нужно, чтобы интерферометр был полностью подключён, считает Патель.

Сейчас авторы Borealis работают над тем, чтобы масштабировать проект и создать надёжный фотонный процессор, который должен улучшить возможности квантовой машины.

Подробное описание исследования учёных из Канады и США опубликовано в научном журнале Nature.

Руководитель научной группы Российского квантового центра (РКЦ) Алексей Фёдоров добавляет, что на классическом компьютере уже демонстрировались более эффективные алгоритмы решения задачи бозонного сэмплирования. В том числе этим занималась исследовательская группа из РКЦ.

То есть степень квантового превосходства, о которой говорят авторы нового исследования, может быть и не такой высокой.

Но исследователь подчёркивает, что это открытая гонка, в которой выигрывают все. Разработчики квантовых компьютеров увеличивают количество кубитов и качество операций, одновременно с этим появляются более эффективные классические алгоритмы для решения определённых задач. Изучение квантового превосходства — важный рубеж, на котором сконцентрировано большое внимание научного сообщества, резюмирует учёный (не принимавший участия в исследовании).

Ранее мы писали о проекте по созданию российского квантового компьютера на ионах. Рассказывали мы и о планах "Росатома" создать первый в России 100-кубитный квантовый компьютер к 2024 году.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".

Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях. "Смотрим"Telegram и Яндекс.Дзен, Вести.Ru – Одноклассники, ВКонтакте, Яндекс.Дзен и Telegram.

Читайте также

Видео по теме

Эфир

Лента новостей

Авто-геолокация