Подкрепете ни!

Ако харесвате Свежа Наука и редовно четете публикациите ни, оценявате работата ни и искате да продължаваме все така, подкрепете ни! :)

На този етап от съществуването си Свежа Наука има нужда от вашата помощ! Последвайте ни в социалните мрежи Facebook, Google+ и Twitter, за да подкрепите нашата кауза - разпространяване на наука и познание.

За повече информация, обмяна на идеи или публикуване на материали, се свържете с нас.

IBM със съществен пробив при квантовите изчисления

Home/Прогрес/Технологии/IBM със съществен пробив при квантовите изчисления

Ключовите стъпки по пътят към създаването на практически работещ квантов компютър са налице.

Учени от IBM са постигнали огромен напредък към реализирането на практически квантов компютър. За първи път те показват възможност за засичане и измерване на двата вида квантови грешки едновременно, както и демонстрират нов дизайн на квадратен квантов бит – единствената действаща архитектура, която може да бъде приложена в по-големи мащаби. Квантовите компютри предлагат нови възможности в областта на оптимизацията и симулацията, непосилни за съвременните компютри. Напълно функционален квантов компютър дори само с 50 квантови бита, би се представил по-добре от взети заедно всички модерните суперкомпютри.

Откритието на IBM показва за първи път засичане и измерване на двата вида квантови грешки (бит-флип и фейз-флип), които ще са проблем при изграждането на истински квантов компютър. Досега е било възможно да се засече само един вид квантова грешка, никога и двете в едно и също време. Това е необходима стъпка към корекцията на квантови грешки за създаване на надежден практически квантов компютър.

Новият верижен квантов бит, базиран на квадратна решетка от четири кюбита със свръхпроводимост върху чип с размери малко над сантиметър, позволява засичането на двата вида квантови грешки едновременно. Този дизайн има потенциал да се уголеми чрез добавяне на кюбити, като именно квадратната му форма, в сравнение с линейна, позволява засичането на грешките едновременно.

„Квантовите компютри ще променят света, позволявайки ни да решаваме проблеми, непосилни днес. Традиционно квантовите компютри се разработват за криптиране, но използването им за решаване на нерешими досега задачи от области като физиката и квантовата химия, е също потенциал. Това може да се използва в дизайна на материали или лекарства, откривайки цял нов свят от приложения.“ – споделя Арвинд Кришна, директор на изследванията на IBM.

Например, във физиката и химията, квантов компютър ще позволи на учените да създават нови материали и медикаменти, без скъпоструващи опити в лаборатории, и това ще ускори развитието на много индустрии.

Квантовите компютри могат лесно и бързо да извличат информация дори и от неподредени и разнообразни база данни. Това може да промени начина, по който хората взимат решения, и начинът, по който учените правят открития.

Едно от най-големите предизвикателства за учените е контролът и отстраняването на квантовата декохеренция – възникването на грешки при изчисления, причинено от влиянието на фактори като топлина, електромагнитна радиация и дефекти на материала. Тези грешки са особено опасни за квантовите машини, поради крехкостта на квантовата информация.

Основна единица информация, която компютрите разбират е бит. Подобно на лъч светлина, който може да свети или не, един бит има само две стойности – 1 и 0. Квантовият бит обаче, може да има стойност от 1 или 0, както и двете стойности едновременно, което се нарича суперпозиция, и се отбелязва като 1+0. Знака на суперпозиция е важен, защото и двете състояния поотделно, 1 и 0, имат фазово отношение едно към друго – като процентно съотношение. Суперпозицията е това, което позволява на квантовият компютър да избере правилния отговор измежду милиони възможни много по-бързо от стандартните компютри.

В подобно състояние на суперпозиция могат да се случат два вида грешки. Едната е наречена бит-флип, което е превръщането на 1 в 0, и обратно. Това е подобно на класическа бит-флип грешка, и е била засичана и преди при кюбити. Едновременно с това, обаче, може да съществува и фейз-флип грешка, което е обръщане на знака на фазовото отношение между 1 и 0 в състояние на суперпозиция. И двата вида грешки трябва да бъдат засечени, за да може коригирането им да протече правилно.

Квантовата информация е крехка, защото всички съществуващи кюбит технологии губят информация при взаимодействието си с материя и електромагнитна радиация. На теория съществува начин за запазване на информацията чрез разпределянето й върху много физически кюбита. „Повърхностен код“ е техническото име на специфична схема за корекция на грешки, която разпределя квантовата информация върху множество кюбита. Това позволява само най-близките съседни взаимодействия да кодират един логичен кюбит, и по този начин се изпълняват стабилни операции без грешки.

Учените от IBM използват различни техники за измерването на състоянието на два различни независими тестови кюбита. Всеки от тях разкрива аспект на квантовата информация, съхранена в два други кюбита, наречени кодови. И по-точно, единия тестов кюбит разкрива дали съществува бит-флип грешка в някой от кодовите кюбита, а другия тестов кюбит отбелязва възникването на другия вид грешка. Отделянето на квантовата информация в кодов кюбит е важна стъпка към корекцията на квантови грешки, защото измерването директно на кодовия кюбит унищожава информацията, съдържаща се в него.

Самият факт, че такава изчислителна мощност може да се произведе, използвайки стандартна технология със силиций, е голям скок в квантовите компютри. От IBM смятат, че след като бъдат произведени няколко кюбита, надеждни и с контролирани нива на грешки, ще отпадне и последното препятствие към напълно завършен и практически действащ квантов процесор.

Изчислителната мощност на квантовите компютри се крие не в самата машина, а градивната материя на реалността – физиката на елементарните частици, така наречената квантова механика. Истинската трудност е да използваме изчислителната мощност на материята без да внесем грешка чрез наблюдения и външни фактори – звучи доста зловещо, но това е бъдещето на изчислителните технологии, а кой знае – може би и на много прозрения и фундаментални открития.

Добави коментар