Квантовое устройство смогло выполнить 2,6 млрд лет вычислений за 4 минуты
Исследователи продемонстрировали систему выборки гауссовских бозонов, работа которой основана на «светоделителях». Светоделители принимают входящий поток фотонов от лазерного луча и разделяют его на два потока, движущихся в разных направлениях. По сути, система
представляет собой линейный оптический квантовый компьютер из сети светоделителей.
Светоделитель, расположенный под углом 45 градусов, можно рассматривать как четырехпортовое устройство. Если два идентичных фотона падают на один и тот же светоделитель из двух разных портов, то оба будут выходить из одного и того же порта. Пути фотонов становятся запутанными. Если построить достаточно большую сеть светоделителей, то возникают разветвленные запутанные состояния. Количество выходных состояний быстро масштабируется с количеством входов и светоделителей.
В текущей демонстрации исследователи использовали 50 входов и чип с эквивалентом 300 светоделителей. Общее количество возможных выходных состояний составляет около 1030.
Менее чем за четыре минуты исследователи получили результаты, для расчета которых быстрому классическому компьютеру потребуется около 2,5 миллиардов лет.
За этим последовали тщательные тесты, чтобы убедиться, что поведение системы действительно квантовое. Если рассчитать, что произойдет с конкретными входными состояниями, и сравнить выходные состояния с результатами этих вычислений, то результаты измерения совпадают с прогнозами. Также можно вычислить выходную мощность сети, если свет не находится в квантовом состоянии или если фотоны не идентичны, и эти измерения не соответствуют прогнозам. Это убедительно доказывает, что результат обусловлен квантовыми эффектами.
Один лазер излучает 25 лучей одинаковой интенсивности, каждый из которых связан с двумя кристаллами, и кристаллы генерируют одиночные фотоны. Кристаллы связаны с оптическими волокнами, выходы которых соединены с микросхемой, где размещены светоделители. Выходы оптоволокон необходимо совместить с фотодетекторами. Вся установка занимает площадь около 1,5×2,5 м, она должна быть стабилизирована с высокой точностью (около 10 нм).
На данный момент квантовые компьютеры состоят из цепочки ионов. Ионы расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы к ним можно было обращаться по отдельности, а это означает, что информация (в форме квантовых битов или кубитов) может храниться и считываться с отдельных атомов. Вычислительные операции могут выполняться с использованием микроволн и движения ионов. Еще один вариант архитектуры квантовых компьютеров представляет собой сверхпроводящие кольца, охлаждаемые жидким гелием.
Каждое кольцо — это кубит, который связан с другими посредством проводов. Преимущество этого подхода в том, что оборудование относительно легко масштабировать. Но квантовое поведение каждого кубита нарушить гораздо проще.
В отличие от обоих этих вариантов, оптический квантовый компьютер может быть устройством в масштабе микросхемы, которое питается от массива лазерных диодов, со считыванием данных с помощью серии однофотонных детекторов. Ни для одного из них не требуются сверхнизкие температуры или вакуум (если требуются детекторы счета фотонов, то можно обойтись жидким азотом). Для оптических квантовых вычислений потребуется температурная стабильность и довольно сложная система обратной связи, чтобы лазеры работали точно так, как требуется.
См. также:
