Теги → квантовая физика
Быстрый переход

Создан «невозможный» метаматериал для вычислительных систем будущего

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» сообщает о том, что учёные смогли создать первый в мире квантовый метаматериал, который можно использовать в качестве элемента управления в сверхпроводящих электрических схемах.

В разработке невозможного в природе материала участвовали российские специалисты совместно с коллегами из Германии. В частности, вклад в проект внесли исследователи Университета Карлсруэ и Йенского института фотонных технологий.

Метаматериалы — вещества, свойства которых определяются не столько атомами, из которых они состоят, сколько тем, в какие структуры эти атомы собраны. Каждая такая структура имеет размеры в десятки или даже сотни нанометров и обладает собственным набором свойств, исчезающих при попытке разделить её на составляющие.

В рамках проекта был разработан квантовый метаматериал из усложнённых зеркальных кубитов. Обычный кубит состоит из схемы, в которую входят три джозефсоновских перехода. А в состав зеркального входят пять переходов, симметричных относительно центральной оси.

Выяснилось, что метаматериал, состоящий из зеркальных кубитов, может переключаться между двумя режимами. «В одном из режимов цепочка таких кубитов очень хорошо пропускает электромагнитное излучение в микроволновом диапазоне, при этом оставаясь квантовым элементом. В другом она поворачивает сверхпроводящую фазу на 180 градусов и запирает прохождение электромагнитных волн через себя. И тоже при этом остаётся квантовой системой», — говорят учёные.

Таким образом, новый материал можно использовать как управляющий элемент в системах передачи квантовых сигналов в цепях, из которых состоят квантовые компьютеры. Подробнее о работе можно узнать здесь

Запущена первая в РФ линия связи с квантовой защитой в городской инфраструктуре

Сбербанк и Российский квантовый центр (РКЦ) провели первый в нашей стране эксперимент по квантово-защищённой передаче реально используемых данных в городских условиях.

Фотографии РКЦ

Фотографии РКЦ

Технология квантовых коммуникаций основана на фундаментальных законах физики. Для обмена данными используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается перехватить данные. Поэтому незаметно похитить информацию, передающуюся по квантовым каналам, попросту невозможно.

Итак, сообщается, что линия связи с квантовой защитой организована между двумя московскими офисами Сбербанка — на улице Вавилова и на Большой Андроньевской улице. В рамках эксперимента использована гибридная система квантовой защиты информации.

Распределение ключей осуществляется с помощью квантовых коммуникаций: информация, которая используется для формирования ключей, кодируется в состояниях одиночных фотонов. Выработка криптографических ключей и шифрование данных производится при помощи уже существующих сертифицированных решений для защиты информации.

Квантово-распределённые ключи усиливают действующую инфраструктуру информационной безопасности. «Сбербанк стал первой организацией, получившей нашу установку квантовой защиты, которая уже готова для промышленной эксплуатации. В ходе эксперимента наше оборудование работало совместно с шифратором сетевого уровня. За счёт технологии квантовых коммуникаций мы обеспечили частую смену ключей в устройствах шифрования, что повышает уровень защиты данных. Кроме того, российские организации получат возможность использовать для защиты информации разработку именно из России, что важно для государства», — сообщили в РКЦ. 

Физики из РФ и Великобритании создали детектор квантовых состояний

Московский физико-технический институт (МФТИ) сообщает о том, что российско-британскому коллективу учёных удалось разработать сверхпроводящий детектор квантовых состояний.

Изображения МФТИ

Изображения МФТИ

В исследованиях приняли участие специалисты МФТИ, Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, а также физического факультета университета Роял-Холлоуэй.

Детектор состоит из двух сверхпроводящих контуров, связанных джозефсоновскими переходами таким образом, что разность фаз волновых функций на сегментах этих контуров скачкообразно меняет критический ток всей структуры от нуля до максимального и обратно при последовательном изменении квантовых чисел в каждом из контуров. Устройство представляет собой плоский чип с двумя квадратными контурами из алюминия. Эти контуры расположены друг над другом и, что самое важное, связаны между собой джозефсоновскими контактами (представляют собой два сверхпроводника, разделённых тонким слоем диэлектрика).

Важно отметить, что прибор может стать не только исследовательским инструментом. Он также может войти в состав квантовых компьютерных систем. Основным элементом таких систем являются квантовые биты, или кубиты. Элементы классических компьютеров могут хранить только один бит — 1 или 0. Кубиты же находятся в суперпозиции двух состояний, то есть могут кодировать сразу логические единицу и ноль.

Созданный прибор может использоваться для детектирования квантовых состояний сверхпроводящих кубитов, если один из сверхпроводящих контуров будет заменён на кубит.

Подробнее об исследовании можно узнать здесь

Российские учёные протестировали прототип «квантового телефона»

Специалисты физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова протестировали так называемый «квантовый телефон» — систему, обладающую абсолютной защитой от возможного перехвата данных или подслушивания.

Технология квантовых коммуникаций основана на фундаментальных законах физики. Для обмена данными используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается перехватить данные. Иными словами, незаметное вторжение в систему невозможно.

За безопасность в протестированной в МГУ платформе отвечает разработанное российскими учёными оборудование. Оно обеспечивает распределение симметричных криптографических ключей по квантовому каналу в автоматическом режиме при подключении к действующим волоконно-оптическим линиям.

МГУ

МГУ

«Рабочее место квантового телефона — обычный персональный компьютер, в котором установлен оптоэлектронный модуль, соединённый оптическим волокном напрямую с сервером квантового распределения ключей. Кроме того, компьютер использует ПО, модифицированное специально для работы с этим оптоэлектронным устройством», — приводит сетевое издание «РИА Новости» слова исследователей.

Создание «квантового телефона» — это один из этапов проекта по развёртыванию в России университетской квантовой сети. Инициатива включена в программу развития Московского университета. 

Впервые показан эффект квантового смешивания волн на искусственном атоме

Российские исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) совместно с британскими коллегами из университета Роял Холлоуэй впервые продемонстрировали эффект, называемый квантовым смешиванием волн на искусственном атоме.

В экспериментах применялась сверхпроводящая квантовая система, физически эквивалентная одиночному атому. Такая система при охлаждении до сверхнизких температур способна испускать и поглощать отдельные кванты микроволнового излучения точно так же, как атомы взаимодействуют с квантами обычного света.

Искусственные атомы активно используются в исследованиях по квантовой оптике. Благодаря таким системам физики могут изучать процессы, которые сложно наблюдать в иных случаях — например, испускание и поглощение нескольких фотонов. Если настоящий атом в зеркальной полости излучает свет в произвольном направлении, то сверхпроводящая система, напротив, светит в заданную сторону. Эта особенность позволила группе физиков зафиксировать процессы рассеяния нескольких квантов света на искусственном атоме — смешивание волн.

«При наблюдении за указанной системой учёные увидели на выходе как исходное излучение, так и электромагнитные волны, получившиеся в результате взаимодействия с искусственным атомом, частоты которых зависели от характера возбуждения системы. Это указывало на квантовое смешивание волн — эффект, наблюдать который ранее на подобных системах не удавалось», — говорится в сообщении МФТИ.

Предполагается, что результаты исследований будут востребованы в том числе при разработке квантовых компьютеров. Дело в том, что изучаемый искусственный атом является кубитом, базовым блоком квантовых вычислительных систем. Элементы классических компьютеров могут хранить только один бит — 1 или 0. Кубиты же находятся в суперпозиции двух состояний, то есть могут кодировать сразу логические единицу и ноль. С ростом количества использующихся квантовых битов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии, что позволяет создавать сверхпроизводительные компьютеры. 

Китай впервые в мире организовал канал квантовой связи между Землёй и спутником

Китайским специалистам, по сообщению агентства Xinhua, удалось впервые в мире организовать канал защищённой квантовой связи между спутником на орбите и наземным оборудованием.

Эксперимент проводился на базе космического аппарата QUESS — Quantum Experiments at Space Scale. Этот спутник был запущен 16 августа 2016 года с космодрома Цзюцюань в пустыне Гоби (северо-западная провинция Ганьсу) с помощью ракеты-носителя «Чанчжэн-2D». Оборудование на борту QUESS предполагает проведение нескольких видов исследований на основе технологии квантовой телепортации.

Сообщается, что в ходе осуществлённого эксперимента обмен данными производился между спутником и наземной станцией; причём расстояние варьировалось от 645 до 1200 км. Учёные говорят, что во время пролёта спутника над Китаем появляется 10-минутное окно — за это время может быть сгенерировано и отправлено около 300 Кбит криптографических ключей.

Проведённый эксперимент открывает путь к формированию абсолютно защищённых линий связи, которые позволят вести секретные переговоры и пересылать крайне важные данные без опасений утечки. Дело в том, что системы квантовой связи попросту невозможно прослушать. Для обмена данными используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается перехватить данные. Поэтому незаметно похитить информацию, передающуюся по квантовым каналам, попросту невозможно. 

Microsoft начинает инженерные работы над квантовым суперкомпьютером

Технология квантовых вычислительных систем построена на основе так называемых кубитов, способных хранить одновременно логическую единицу и ноль, что в свою очередь принципиально меняет характер расчётов: объём обрабатываемых значений растёт в геометрической прогрессии по отношению к числу квантовых битов. Компьютеры с несколькими сотнями таких базовых элементов способны соперничать с мощнейшими суперкомпьютерами, но, конечно, только в специализированных задачах вроде шифрования, искусственного интеллекта, моделирования климата, оптимизации сложных систем, химических и биологических процессов, поиска тёмной материи и прочего.

В технологическую гонку на раннем этапе готова включиться и Microsoft, причём корпорация уже говорит о квантовых вычислениях как о новом направлении бизнеса, а не просто исследовательском проекте. Команду по созданию квантового компьютера, входящую в состав недавно созданной Microsoft AI и Research Group, возглавил Тодд Холмдал (Todd Holmdahl) с опытом руководства командами разработчиков Kinect, HoloLens и Xbox.

Тодд Холмдал, руководитель научных и инженерных усилий Microsoft по созданию масштабируемых квантовых оборудования и ПО (фото Scott Eklund/Red Box Pictures)

Тодд Холмдал, руководитель научных и инженерных усилий Microsoft по созданию масштабируемых квантовых оборудования и ПО (фото Скотта Экланда (Scott Eklund)/Red Box Pictures)

При создании квантового компьютера компания будет использовать знания и опыт, накопленные в этой области подразделением Microsoft Research. Впрочем, речь не идёт о скором прорыве — господин Холмдал обозначил сроки: это произойдёт до его ухода на пенсию, а ему сегодня лишь 52 года, то есть речь может идти о десятилетии. К тому же руководитель нового компьютерного направления Microsoft не берётся утверждать, что поставленную задачу удастся выполнить: «Мы не можем быть на сто процентов уверены в успехе. Но в работе над такими важными вещами, способными изменить мир, определённо стоит пытаться и рисковать. Мне кажется, что именно сейчас мы близки к воплощению этих идей в жизнь».

Microsoft также наняла ведущих специалистов в области квантовых вычислений:

  • профессора Делфтского технического университета Нидерландов и директора центра квантовых технологий QuTech Лео Коувенховена (Leo Kouwenhoven);
  • профессора Института Нильса Бора Копенгагенского университета и директора Датского центра квантовых устройств Чарлза Маркуса (Charles Marcus);
  • профессора вычислительной физики Швейцарской высшей технической школы Цюриха Матиаса Тройера (Matthias Troyer);
  • профессора и директора Центра квантовых машин в Университете Сиднея (Австралия) Дэвида Райли (David Reilly).
Лео Коувенховен слева и Чарлз Маркус справа (фото Brian Smale)

Лео Коувенховен слева и Чарлз Маркус справа (фото Брайана Смэла (Brian Smale))

Компания надеется стать одним из лидеров новой области, усилив квантовыми технологиями свои облачные платформы. «Подобно классическим высокопроизводительным вычислениям, нам нужно не только оборудование, но и оптимизированное программное обеспечение», — пояснил Матиас Тройер, участвующий в проекте исследовательской группы Microsoft.

В прошлом году «Росатом» объявил о работах по созданию технологии обработки информации на основе сверхпроводящих кубитов, правда, тогда в России имелась лишь двухкубитная система. В то время как IBM собирается предложить 50-кубитный облачных сервис, а компания D-Wave Systems уже продаёт квантовый компьютер с 2000 кубитов.

Российские учёные создают «локальный вечный двигатель»

Специалисты Московского физико-технического института (МФТИ) работают над так называемым «локальным вечным двигателем» второго рода — квантовым устройством, в котором не соблюдается второе начало термодинамики и КПД которого может достигать 100 %.

Второй закон термодинамики устанавливает существование энтропии как функции состояния термодинамической системы и вводит понятие абсолютной термодинамической температуры. В изолированной системе энтропия остаётся либо неизменной, либо возрастает. Одна из наиболее распространённых формулировок постулата второго начала термодинамики гласит, что теплота не может переходить самопроизвольно от более холодного тела к более тёплому.

Иными словами, невозможно создать тепловой двигатель, единственным результатом работы которого было бы превращение тепла в работу без компенсации, то есть без того, чтобы часть тепла была передана другим телам и, таким образом, безвозвратно утрачена для получения работы. Именно поэтому КПД теплового двигателя никогда не достигает 100 %.

МФТИ

МФТИ

Однако теперь физики описали квантовую тепловую машину, КПД которой может достигать 100 %. Она состоит из нескольких квантовых элементов — кубитов, которые могут находиться в состоянии квантовой запутанности друг с другом.

Оказалось, что в такой системе энтропия может снижаться, но этот процесс происходит без передачи тепловой энергии, за счёт явления квантовой запутанности. Важно также подчеркнуть, что второе начало термодинамики в таком «вечном двигателе» нарушается только локально, в рамках системы в целом законы физики остаются незыблемыми.

Подробнее об исследовании можно прочитать в материале МФТИ

Запущена первая в России и СНГ многоузловая квантовая сеть

Специалисты Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ и Университета ИТМО объявили о запуске первой в России и СНГ полноценной многоузловой сети на основе квантовых технологий.

Квантовые коммуникации гарантируют абсолютную неуязвимость линий связи для хакерских атак. Дело в том, что носителями информации в таких системах выступают одиночные фотоны, которые необратимо изменяются при любой попытке перехвата сигнала. Таким образом, пользователь мгновенно узнаёт о вторжении в канал.

Пресс-служба Университета ИТМО

Пресс-служба Университета ИТМО

Отмечается, что новый проект полностью основан на российских разработках, которые по своим техническим характеристикам не уступают передовым зарубежным аналогам, а по ряду параметров превосходят их.

Пилотный сегмент сети, соединивший два узла, был протестирован в августе 2016 года. Теперь же впервые в отечественной практике квантовыми каналами на базе действующей городской телекоммуникационной инфраструктуры объединены четыре точки. Они расположены в Казани на расстоянии около 10 км друг от друга.

Пресс-служба Университета ИТМО

Пресс-служба Университета ИТМО

Во время запуска сети между узлами производилась передача команд управления и пересылка демонстрационных файлов, а также была протестирована аудиосвязь посредством квантового кодирования — фактически в режиме «квантового телефона». В основе сети лежит технология квантовой коммуникации на боковых частотах, обладающая высокими параметрами скорости передачи квантовых бит в сети (до 10 раз выше альтернативных проектов, реализуемых в России и мире).

По сути, реализованный проект создаёт базу для развития национальной инфраструктуры квантовых коммуникаций. Технологии лягут в основу распределённых защищённых сетей нового поколения. Средства квантового шифрования позволят банковским структурам, госорганам и спецслужбам, использующим для передачи данных выделенные оптические волокна, передавать информацию между своими объектами с нулевой вероятностью несанкционированного доступа. 

Российские учёные разработают «квантовый телефон»

Исследователи из МГУ имени М.В.Ломоносова ведут работы над так называемым «квантовым телефоном» — системой, которая обеспечит сверхзащищённую связь.

Квантовые технологии позволяют реализовать идеи абсолютно защищённой сети. Принцип квантовых коммуникаций основан на фундаментальных законах физики. Для обмена данными используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается перехватить данные. Поэтому незаметно похитить информацию невозможно.

Создание «квантового телефона» — один из этапов проекта по формированию первой в России университетской квантовой сети. «Практическая ценность данных работ состоит в том, что два (или более) абонента могут разговаривать или обмениваться сообщениями так, что гарантированно, их никто не сможет подслушать», — говорят российские учёные.

За абсолютную защищённость отвечает разработанное в МГУ оборудование, обеспечивающее распределение симметричных криптографических ключей по квантовому каналу в автоматическом режиме при подключении к действующим волоконно-оптическим линиям. При этом, как отмечается, «телефоны» должны быть «дополнительно соединены оптоволокном, по которому передаются квантовые состояния света». Именно из этих состояний и формируются секретные ключи, которыми шифруется оцифрованный сигнал человеческой речи. 

Microsoft удваивает усилия в области исследований квантовых вычислений

Квантовые вычислительные системы давно называются в качестве возможных преемников современных полупроводниковых. Microsoft Research много лет работает в этой области. Её расположенная в Санта-Барбаре Станция Q в университете Калифорнии изучает топологические квантовые вычисления.

Лаборатория включает учёных в области математики, физики и компьютерных наук и сотрудничает с академическими исследователями как непосредственно на месте, так и по всему миру. Цель — понять, как топологические фазы материи могут быть использованы для создания надёжной и масштабируемой вычислительной архитектуры.

В прошлом году Microsoft представила симулятор LIQUi|> (Language-Integrated Quantum Operations), который позволяет практически каждому заинтересованному человеку, имеющему современный ноутбук или настольный ПК, изучать возможности квантовых вычислений.

Теперь корпорация сообщила, что удваивает свои усилия в этой области. Microsoft уверенно делает ставку на возможность создания масштабируемого квантового компьютера на основе так называемых топологических кубитов (квантовых битов).

Руководитель из Microsoft Тодд Холмдал возглавит команду разработчиков квантовых систем и ПО

Руководитель из Microsoft Тодд Холмдал возглавит команду разработчиков квантовых систем и ПО

Возглавят этот исследовательский проект следующие ключевые руководители Microsoft:

  • давний руководитель из Microsoft Тодд Холмдал (Todd Holmdahl), который в прошлом уже претворял в жизнь в качестве продуктов ряд на первый взгляд фантастических исследовательских проектов — он возглавит научные и инженерные инициативы, призванные создать масштабируемую аппаратную и программную квантовую систему;
  • Чарльз Маркус (Charles M. Marcus) — профессор Института Нильса Бора при Университете Копенгагена и директор центра квантовых устройств, спонсируемого Датским национальным исследовательским фондом;
  • Лео Ковенховен (Leo Kouwenhoven) — заслуженный профессор Делфтского технического университета Нидерландов, в прошлом — основатель и руководителя QuTech (исследовательского центра квантовых технологий);
  • Маттиас Тройер (Matthias Troyer) — профессор Швейцарского федерального технологического института, специалист в области симуляций квантовых материалов, тестирования квантовых устройств, оптимизации квантовых алгоритмов и разработки ПО для квантовых компьютеров;
  • Дэвид Рэйли (David Reilly) — физик-экспериментатор, профессор и директор Центра квантовых машин при Сиднейском университете Австралии, его команда физиков и инженеров работает над с проблемами масштабирования квантовых систем.
Профессора Лео Ковенховен и Чарльз Маркус во время посещении Станции Q на конференции Microsoft в 2014 году

Профессора Лео Ковенховен и Чарльз Маркус во время посещении Станции Q на конференции Microsoft в 2014 году

Сверхпроводящий кубит превратили в однофотонный излучатель

Международная группа учёных отрапортовала о важных достижениях, которые открывают новые перспективы создания квантовых компьютеров, а также изучения взаимодействия между светом и веществом.

В исследованиях принимали участие российские специалисты из Московского физико-технического института (МФТИ), учёные из Лондонского университета (Великобритания), Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) и Национальной физической лаборатории NPL Великобритании.

Оптический аналог источника / МФТИ

Оптический аналог источника / МФТИ

Исследователи использовали сверхпроводящий кубит в качестве однофотонного источника СВЧ-излучения. Учёные подчёркивают, что такой источник может перестраивать частоту излучения и обладает высокой эффективностью.

Напомним, что кубиты, или квантовые биты, являются основным элементом квантовых вычислительных систем — устройств, использующих явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных. Элементы классических компьютеров могут хранить только один бит — 1 или 0. Кубиты же находятся в суперпозиции двух состояний, то есть могут кодировать сразу логические единицу и ноль.

В ходе работ учёные использовали искусственный атом — кубит, построенный из нескольких джозефсоновских контактов. Джозефсоновский контакт (туннельный барьер для куперовских пар — переносчиков заряда в сверхпроводимости) состоит из двух сверхпроводников, разделённых тонким слоем диэлектрика. Куперовские пары могут туннелировать через тонкий слой диэлектрика, переводя кубит из возбуждённого в основное состояние и обратно.

Схема разработанного источника единичных фотонов / МФТИ

Схема разработанного источника единичных фотонов / МФТИ

Полученный однофотонный источник обладает высокой эффективностью и возможностью излучать фотоны в широком диапазоне частот. Это позволит использовать его в квантовых компьютерах и других квантовых системах, в которых единичные фотоны будут использованы в качестве носителей информации, а также для хранения, обработки и передачи данных.

Более подробно с результатами исследований можно ознакомиться в этом материале

В России успешно испытана система квантовой связи между двумя городами

Фонд перспективных исследований, МГУ и «Ростелеком» успешно испытали систему квантовой связи между двумя городами Московской области.

Сообщается, что специалисты тестировали автоматическую систему квантового распределения криптографических ключей. Испытания проводились на базе стандартных линий связи «Ростелекома».

Обмен сообщениями, зашифрованными с помощью квантовых технологий, был организован между Ногинском и Павловским Посадом. Протяжённость оптоволоконной линии превышала 30 километров, а сами испытания длились три недели.

Основной целью эксперимента стала демонстрация возможности долговременной и устойчивой работы системы квантового распределения криптографических ключей на базе стандартной инфраструктуры. Во время испытаний использовался клиент-серверный вариант системы, позволяющий не только добиться её продолжительной и стабильной работы, но и минимизировать стоимость клиентского узла. Ключи распределялись между центральным сервером и несколькими клиентскими узлами.

Тестирование подтвердило эффективность применённых решений. При этом система функционировала в полностью автоматическом режиме, без участия оператора.

В перспективе разрабатываемые технологии найдут применение в сферах, где необходима защищённая связь для передачи конфиденциальных данных. Это, в частности, финансовый сектор, военная отрасль, государственный сектор и пр. 

В России появится высокоскоростная система защищённой квантовой связи

Компания «Т8» и Российский квантовый центр (РКЦ) объявили о начале совместной работы над защищенной системой связи на основе технологии квантовой криптографии.

Технология квантовых коммуникаций основана на фундаментальных законах физики. Для обмена данными используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается перехватить данные. Поэтому незаметно похитить информацию, передающуюся по квантовым каналам, попросту невозможно.

Предполагается, что новую систему, проектируемую специалистами «Т8» и РКЦ, можно будет использовать в рамках существующей телекоммуникационной инфраструктуры. Сеть не только обеспечит высокий уровень защиты информации, но и позволит осуществлять высокоскоростной обмен данными. В частности, говорится о пропускной способности до 400 Гбит/с.

РКЦ

РКЦ

Массовое применение способа квантовой защиты требует создания гибридных систем, которые смогут использовать уже существующую телекоммуникационную инфраструктуру и оборудование. Объединение разработок РКЦ и «Т8» позволит создать подобный коммерческий вариант сверхзащищённой системы связи российского производства. Платформа, как ожидается, заинтересует финансовые организации и органы государственной власти. 

Российские учёные нашли способ упростить создание квантового компьютера

Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) и Российского квантового центра нашли способ «утрамбовать» несколько элементов квантового компьютера в один. Ожидается, что это достижение в перспективе позволит упростить задачу создания универсального квантового компьютера.

Основным элементом квантовых вычислительных систем являются квантовые биты, или кубиты. В то время как элементы классических компьютеров (биты) могут находиться только в двух состояниях (логический ноль и логическая единица), кубиты создаются на основе квантовых объектов, которые могут находиться в когерентной суперпозиции двух состояний, а значит, могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулём и единицей.

Квантовые компьютеры смогут решать некоторые задачи, которые сейчас абсолютно недоступны даже для самых мощных классических суперкомпьютеров. Дело в том, что с ростом количества использующихся квантовых битов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии. Результат — огромная скорость выполнения сложных задач.

Квантовые объекты, которые используются для создания кубитов — ионы, электроны, джозефсоновские контакты, могут сохранять определённое квантовое состояние очень недолго. Но для вычислений нужно, чтобы кубиты не только сохранили состояние, но и провзаимодействовали друг с другом.

Раньше сверхпроводящие кубиты «выживали» наносекунды, а теперь их удаётся удержать от декогеренции уже миллисекунды — это близко к тому времени, которое необходимо для вычислений. Но в случае с системой из десятков и сотен кубитов задача становится принципиально сложнее.

Российские учёные для решения проблемы предлагают использовать многоуровневые квантовые системы — кудиты. В таких объектах число возможных состояний (уровней) больше двух, а поэтому каждый кудит способен работать как несколько «обычных» кубитов. Скажем, кудит с тремя-четырьмя уровнями может работать как система из двух «обычных» кубитов, а восьми уровней достаточно, чтобы имитировать трёхкубитную систему.

Исследователи показали, что на единственном кудите с пятью уровнями, реализованном с помощью искусственного атома, уже можно осуществлять полноценные квантовые вычисления. Подробнее о работе российских учёных можно узнать здесь

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥