Вчені тільки що побудували квантовий вентиль з кудітами замість кубітів

Хранителі воріт

Точно так же, як квантові комп'ютери мають свої власні версії бітів, відомі як кубіти, їм також потрібні свої власні версії логічних елементів, які керують потоком інформації в обчислювальній системі.

Тепер команда з Університету Пердью опублікувала дослідження в журналі npj Quantum Information, в якому детально описується створення ними одного з перших відомих квантових вентилів, що включають кудіти на відміну від кубітів, — і це може допомогти вступити в еру квантових обчислень.

За біти та кудіти

Біти по суті є будівельними блоками сучасних класичних комп'ютерів. Кожен біт може зберігати або 1, або 0, і якщо ви складете разом досить багато бітів, ви зможете обробити досить багато інформації — але не так багато, як ви могли б обробити, використовуючи кубіти.

Кубіти — це версія бітів для квантових обчислень, але замість того, щоб зберігати 1 або 0, кубіт може зберігати й те, і інше або ні те й інше одночасно, що значно збільшує потенційну обчислювальну потужність комп'ютера.

Проблема з кубітами полягає в тому, що вони неймовірно нестабільні, і це робить створення системи з великою кількістю з них надзвичайно складним — перший комерційний квантовий комп'ютер IBM, який був представлений в січні, містить всього 20 кубітів, що дає йому набагато меншу обробку могутніше, ніж класичні комп'ютери, які вже використовуються сьогодні, і можуть мати сотні мільйонів логічних елементів.

Протягом декількох років дослідники вивчали цінність торгівлі кубітами для іншого квантового будівельного блоку: кудітів. Замість того, щоб обмежуватися тільки двома станами, такими як кубіти, кудіти можуть існувати більш ніж у двох станах — наприклад, 0 і 1 і 2 — і для кожного доданого стану обробна здатність одного кудіта збільшується.

Іншими словами, для кодування й обробки того ж обсягу інформації вам знадобиться менше кудітів, ніж кубітів.

Фотон задоволення

Щоб створити свій квантовий вентиль, що включає кудіти, команда з Пердью початку з кодування чотирьох кудітів у двох заплутаних фотонах у двох областях — частоті й часу. Команда вибрала фотони, тому що їх нелегко порушити навколишнє середовище, а використання декількох доменів дозволило їм домогтися більшого заплутування, використовуючи менше фотонів.

«Фотони дороги у квантовому сенсі, тому що їх важко генерувати й контролювати», — сказав дослідник Пуладі Імані в прес-релізі, — так що це ідеальне рішення — зібрати якомога більше інформації в кожен фотон».

Готові ворота мали еквівалентну обчислювальну потужність у 20 кубітів, попри те, що було потрібно використовувати тільки чотири Квіта, з перевагою додаткової стабільності від використання фотонів — що робить його багатообіцяючою системою для майбутніх квантових комп'ютерів.

Джерела: Університет Пердью