Учёные из Лос-Аламосской национальной лаборатории представили инновационный подход к квантовым вычислениям, который может стать прорывом в этой области. Под руководством физика-теоретика Николая Синицына исследовательская группа разработала упрощённую архитектуру, сфокусированную на концепции «центрального квантового спина». Основная цель этой работы — создание квантовых компьютеров, которые будут более доступными, производительными и устойчивыми к ошибкам, что является ключевым вызовом современной квантовой инженерии.
Развитие квантовых вычислений сегодня сдерживается рядом фундаментальных технических сложностей. К ним относятся трудности масштабирования и соединения кубитов, необходимость поддержания глубокой квантовой запутанности между ними, а также высокая чувствительность кубитов к декогеренции — потере квантового состояния из-за малейших внешних воздействий. Даже незначительные вибрации или флуктуации температуры могут разрушить хрупкое квантовое состояние, что приводит к ошибкам вычислений и требует сложных систем коррекции.
Новая методика, предложенная в Лос-Аламосе, предлагает альтернативный путь, потенциально менее подверженный эффекту декогеренции. Это достижение может кардинально упростить как конструкцию, так и эксплуатацию квантовых вычислительных систем. Подробное описание метода было опубликовано в авторитетном научном журнале Physical Review A.
Суть метода Лос-Аламосской лаборатории
В основе нового подхода лежит элегантная идея — использовать естественные физические свойства частиц для упрощения вычислительных процессов. Исследователи сделали ставку на управление спинами электронов — их внутренними квантовомеханическими моментами.
В отличие от традиционных архитектур, где все кубиты находятся в сложном и постоянном взаимодействии друг с другом, команда предложила инновационную централизованную модель. Её сердцем является «центральный квантовый спин».
Обратите внимание: При помощи нового метода диагностики стало возможным на ранней стадии выявить риск развития шизофрении.
Этот центральный спин располагается в ядре системы и взаимодействует со всеми окружающими его периферийными кубитами, выступая в роли своеобразного хаба или коммутатора. Ключевое преимущество заключается в том, что после настройки связей между центральным и периферийными кубитами отпадает необходимость в постоянном управлении сложными межузловыми взаимодействиями, что упрощает контроль над системой.Вычисления производятся путём воздействия на систему внешним магнитным полем, которое позволяет манипулировать состояниями спинов. Изменение ориентации (вращение) спина электрона является базовой операцией для кодирования и обработки квантовой информации. Управляя этой эволюцией, исследователи могут направлять всю систему к решению целевой задачи более прямым и эффективным способом по сравнению с классическими квантовыми схемами.
Ключевые преимущества и перспективы
Предложенный метод демонстрирует значительный потенциал для ускорения обработки квантовой информации. Повышенная скорость выполнения операций может позволить будущим квантовым компьютерам на этой архитектуре существенно превзойти по производительности существующие прототипы.
Важным достоинством подхода является его эффективная совместимость с известным алгоритмом Гровера — мощным квантовым алгоритмом для поиска в неструктурированных базах данных. Новый метод упрощает и ускоряет наиболее ресурсоёмкую часть этого алгоритма, что открывает перспективы для революции в области информационного поиска и анализа больших данных. Кроме того, сама архитектура системы обладает встроенной устойчивостью к определённому классу ошибок. Это означает, что система способна сохранять стабильность и корректность работы даже при наличии некоторых внешних возмущений или внутренних неточностей, что критически важно для практического применения квантовых компьютеров.
Проблема декогеренции, являющаяся главным препятствием для создания стабильных квантовых систем, также может быть смягчена с помощью этого метода. Минимизация постоянных и сложных взаимодействий между множеством кубитов напрямую снижает количество каналов, через которые внешняя среда может разрушительно влиять на систему, тем самым повышая её общую надёжность и время когерентности.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории разработали новый интересный метод квантовых вычислений.