Квантовые вычисления будут созданы при комнатной температуре

Исследователи из Армии США предсказывают, что квантовые компьютерные схемы, которые не будут нуждаться в создании низких температур для своей работы, могут стать реальностью примерно через десятилетие. Об этом ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

В течение многих лет твердотельные квантовые технологии, работающие при комнатной температуре, казались далекими. Хотя применение прозрачных кристаллов с оптическими нелинейностями стало наиболее вероятным путем к этой цели, правдоподобность такой системы всегда оставалось под вопросом.

Теперь ученые из армии США официально подтвердили обоснованность этого подхода. Доктор Курт Джейкобс из научно-исследовательской лаборатории армейского командования по развитию боевых возможностей армии США, работающей вместе с доктором Миккелем Хейком и профессором Дирком Энглундом из Массачусетского технологического института, стал первым, кто продемонстрировал возможность использования квантового логического элемента, состоящего из фотонных схем и оптических кристаллов.

Квантовая технология предлагает целый ряд будущих достижений в области вычислительной техники, связи и дистанционного зондирования. При выполнении любой вычислительной задачи классические компьютеры обрабатывают полностью определенную информацию. Она хранится в битах, каждый из которых может быть включен или выключен. Классический компьютер может обрабатывать по одному сигналу за раз.

Квантовые компьютеры, наоборот, хранят информацию в кубитах, которые могут находиться в суперпозиции двух состояний. Это позволяет квантовому компьютеру проводить параллельные вычисления. Хотя он не может выводить все ответы сразу, он может создавать соотношения между ними, что позволяет ему решать некоторые задачи гораздо быстрее, чем классический компьютер.

К сожалению, одним из главных недостатков квантовых систем является хрупкость состояний кубитов. Большинство перспективных аппаратных средств для квантовой технологии должны существовать при чрезвычайно низких температурах — близких к нулю кельвинов — чтобы предотвратить разрушение особых состояний при взаимодействии с окружающей средой компьютера.

Исследователи уже давно стараются решить эту проблему, но однозначного решения пока не найдено. Сегодня фотонные схемы, включающие нелинейно-оптические кристаллы, являются единственным возможным путем развития квантовых вычислений в твердотельных системах при комнатной температуре.

Эта идея создания квантовых логических элементов с использованием нелинейно-оптических кристаллов основывалась чисто на теоретических расчетах — вплоть до сегодняшнего дня. Несмотря на то, что этот метод показал огромные перспективы, оставались сомнения относительно того, можно ли его реализовать на практике.

Применение нелинейно-оптических кристаллов оставалось под вопросом до тех пор, пока исследователи из лаборатории Армии США и Массачусетского технологического института не представили способ реализации квантового логического элемента с этим подходом, используя установленные компоненты фотонной схемы.

После того, как исследователи придумали квантовый логический элемент, они выполнили многочисленные компьютерные моделирования его работы, чтобы продемонстрировать, что он может, в теории, функционировать надлежащим образом. Фактическое построение квантового логического элемента с помощью этого метода в первую очередь потребует значительного улучшения качества некоторых фотонных компонентов, считают исследователи.

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Facebook, Twitter, Telegram.