Квантовые компьютеры могут выполнять определенные задачи, которые не под силу даже самым мощным суперкомпьютерам в мире. Квантовые компьютеры могут выполнять определенные задачи, которые не под силу даже самым мощным суперкомпьютерам в мире. В будущем ученые предполагают использовать квантовые вычисления для эмуляции материальных систем, моделирования квантовой химии и решения сложных задач, что может оказать влияние на сферу финансов и фармацевтики. Однако для реализации этих перспектив необходимо надежное и масштабируемое оборудование. Одна из проблем при создании крупномасштабного квантового компьютера заключается в том, что исследователи должны найти эффективный способ соединения квантовых информационных узлов — более мелких вычислительных узлов, разделенных по всему компьютерному чипу. Поскольку квантовые компьютеры принципиально отличаются от классических, обычные методы, используемые для передачи электронной информации, применить не получится. Совершенно ясно одно: информация должна передаваться и приниматься, и не важно, через классический интерфейс или через квантовый. С этой целью исследователи Массачусетского технологического института разработали архитектуру квантовых компьютеров, которая обеспечит гибкую и высокоточную связь между сверхпроводниковыми квантовыми процессорами. В работе, опубликованной в журнале Nature Physics, исследователи MIT демонстрируют первый шаг — детерминированное высвобождение одиночных фотонов, носителей информации, в указанном пользователем направлении. Метод обеспечивает передачу квантовой информации в правильном направлении в течение 96% времени и более. Соединение нескольких таких модулей позволяет создать большую сеть квантовых процессоров, которые связаны друг с другом, независимо от их физического разделения на компьютерном чипе.
Каннан написал статью вместе с соавтором Азизой Альманакли, аспирантом по электротехнике и информатике в группе инженерных квантовых систем Исследовательской лаборатории электроники (RLE) Массачусетского технологического института. Старший автор — Уильям Д. Оливер, профессор электротехники и информатики и физики, научный сотрудник Лаборатории Линкольна МТИ, директор Центра квантовой инженерии и заместитель директора RLE. Передача квантовой информацииВ обычном классическом компьютере несколько компонентов выполняют различные функции, такие как память, вычисление и т.д. Электронная информация, закодированная и хранящаяся в виде битов (которые принимают значение 1 или 0), перемещается между этими компонентами с помощью межблочных соединений — проводов, по которым электроны перемещаются в процессоре компьютера. Однако квантовая информация кодируется иначе: она может быть одновременно и нулем, и единицей (явление, известное как суперпозиция). Кроме того, квантовую информацию могут переносить частицы света, называемые фотонами. Эти дополнительные сложности делают квантовую информацию неустойчивой, и ее нельзя просто передать с помощью обычных протоколов. Квантовая сеть связывает узлы обработки с помощью фотонов, проходящих через специальные соединения, называемые волноводами. Волновод может быть либо однонаправленным и перемещать фотон только влево или вправо, либо двунаправленным. В большинстве существующих архитектур используются однонаправленные волноводы, которые легче в реализации, поскольку в таком случае легко задается направление движения фотонов. Но раз каждый волновод перемещает фотоны только в одном направлении, то по мере расширения квантовой сети возникает необходимость в большем количестве волноводов, что делает этот подход трудно масштабируемым. Кроме того, однонаправленные волноводы обычно включают дополнительные компоненты для обеспечения направленности, что вносит погрешности в обмен данными.
Используя эту архитектуру, вдоль одного волновода могут быть расположены несколько модулей обработки. Примечательной особенностью архитектуры является то, что один и тот же модуль может использоваться и как передатчик, и как приемник. И фотоны могут отправляться и улавливаться любыми двумя модулями вдоль общего волновода.
Применение квантовых свойствДля достижения этой цели исследователи создали модуль, состоящий из четырех кубитов. Кубиты — это строительные блоки квантовых компьютеров, которые используются для хранения и обработки квантовой информации. Но кубиты также можно использовать в качестве излучателей фотонов. Если добавить энергию к кубиту, то это приведет к его возбуждению, а затем, когда кубит перестанет возбуждаться, он испустит энергию в виде фотона. Однако простое подключение одного кубита к волноводу не обеспечивает направленности. Одиночный кубит испускает фотон, но куда он направится — влево или вправо — совершенно неизвестно. Чтобы решить эту проблему, исследователи используют два кубита и свойство, известное как квантовая интерференция, для обеспечения правильного направления испускаемого фотона. Метод включает в себя подготовку двух кубитов в сцепленном состоянии одиночного возбуждения, называемом состоянием Белла. Это квантово-механическое состояние включает в себя возбуждение левого и правого кубита. Оба этих состояния существуют одновременно, но какой из кубитов возбужден именно сейчас, неизвестно. Когда кубиты находятся в этом сцепленном состоянии Белла, фотон эффективно выпускается в волновод в двух точках расположения кубитов одновременно, и эти два процесса мешают друг другу. В зависимости от относительной фазы в состоянии Белла, итоговый выброс фотона идет влево или вправо. Подготовив состояние Белла с правильной фазой, исследователи выбирают направление, в котором фотон проходит через волновод. Они могут использовать эту же технологию в обратном порядке, чтобы направить фотон в другой модуль.
Исследователи обнаружили, что их метод обеспечивает более чем 96% точность — это означает, что если они намеревались испустить фотон направо, то в 96% случаев он попадал в правую сторону. Теперь, когда ученые использовали эту методику для эффективного выпуска фотонов в определенном направлении, они намерены объединить несколько модулей и использовать этот процесс для выпуска и поглощения фотонов. Это станет важным шагом на пути к созданию модульной архитектуры, которая объединит множество процессоров меньшего размера в один более крупный и мощный квантовый процессор. 08.01.2023 |
Net&IT
Мемристоры сделают компьютеры будущего умными, как мозг | |
Новое вещество для изменения работы устро... |
В Японии предложили способ усовершенствовать дополненную реальность на смартфоне | |
Приложения дополненной реальности, которые раб... |
В МФТИ создали бота для распознавания нот | |
Студенты МФТИ создали программу под назва... |
В Московском Политехе создали алгоритм для прогнозирования пешеходного трафика | |
Студент первого курса Московского Политеха Арт... |
Ученые рассказали об уязвимостях в системе безопасности медицинских ИТ | |
Сотрудники кафедры ИБ Московского Политех... |
EgoTouch управляет VR-миром с ладони — речь идет о новом уровне взаимодействия | |
В обычной жизни мы не хотим постоянн... |
Plant Phenomics: Как технологии помогают фермерам сохранить урожай риса | |
Благодаря новым технологиям искусственный инте... |
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными | |
Программу для управления техникой, котора... |
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова | |
Сегодня музейные чат-боты могут гораздо больше... |
Студенты ТИСБИ разработали проект онлайн-платформы для геймеров | |
Студенты Университета управления ТИСБИ в ... |
Nature: Созданные ИИ тексты будут размечаться водяными знаками | |
Исследователи из лондонской лаборатории G... |
Российская игра о наполеоновских войнах станет бесплатной | |
У российской аудитории растет интерес к в |
Ученые МГУ с коллегами предложили новый подход для создания квантового интернета | |
Создать устройство для гибридных квантовы... |
В НГУ запустили пилотный кластер суперкомпьютерного центра «Лаврентьев» | |
В Новосибирском государственном университете з... |
Российские ученые создали расчетные модули для системы инженерного анализа | |
Ученые из нескольких научных организаций ... |
Эксперты МИФИ объяснили решение Microsoft и Google о мирном атоме | |
Технологические корпорации всё чаще обращ... |
По событиям Смутного времени создадут игру — интерактивную новеллу | |
Компания Сайберия Нова и создатели игры С... |
JCM: ИИ быстрее человека определяет устойчивость бактерий к антибиотикам | |
Искусственный интеллект для поиска бактер... |
HB&ET: Пожилые чаще молодых относятся к ИИ как к кому-то живому | |
В исследовании Имперского колледжа Лондона люд... |
В России создана нейросеть для оценки отторжения пересаженной почки | |
ИИ-модель, которая с помощью компьютерног... |
UIST: Приложение для смартфона делает захват движений тела в реальном времени | |
Инженеры Северо-Западного университета создали... |
PNAS Nexus: Разработана система мониторинга усталости рабочих на производстве | |
Новая разработка, система датчиков и маши... |
В СПбГУ с помощью ИИ создали систему распознавания нейротропных препаратов | |
Новую систему для скрининга нейротропных ... |
NatPhys: Поиск ошибок в процессоре поможет создать надежный квантовый компьютер | |
Чтобы достичь выдающихся результатов, квантовы... |
Новые ИИ-модели нагрева плазмы исправляют вычисления термоядерных исследований | |
Новые модели искусственного интеллекта для&nbs... |
ACMTAC: Новые приложения позволят слепым людям ориентироваться в помещениях | |
Два новых приложения помогут слепым людям орие... |
Nature Communications: Ученые придумали способ ускорить разработку лекарств | |
Способ улучшить квантовые компьютеры для ... |
PRR: Новые оптические устройства смогут преодолеть ограничения хранения данных | |
Поскольку наш цифровой мир создаёт о... |
В МФТИ создали ПО для нефтяников и золотодобытчиков | |
Сотрудники МФТИ предложили цифровое решение, к... |
В КФУ создали программу для определения свойств многокомпонентных материалов | |
Учёные вуза с помощью ИИ разработали... |