Физики из Нидерландов и США создали квантовый компьютер внутри алмаза

Физики из Нидерландов и США создали квантовый компьютер на основе алмаза, сообщает МЕМБРАНА.ру со ссылкой на PhysOrg.com. Напомним, квантовые компьютеры, в отличие от "классических", оперируют не битами, а кубитами (кубит — единица квантовой информации, "квантовый бит"), в которых хранится не дискретное состояние "0" или "1", а их суперпозиция — наложение состояний, которые с классической точки зрения не могут быть реализованы одновременно.

Теоретически, квантовый компьютер должен гораздо эффективнее решать задачи в области дискретной оптимизации (в том числе из комбинаторной оптимизации), для которых не приспособлены обычные компьютеры с бинарной логикой. Например, это может быть задача маршрутизации транспорта, анализ финансовых рисков, распознавание образов, классификация изображений и т.д.

В новой разработке кубиты представлены гибридной системой, в качестве первого кубита выступило ядро атома азота (примесь в алмазе), в качестве второго — электрон. Точнее, кубиты были представлены спинами этих частиц.

Квантовые ячейки на основе одних электронов в любом твердом теле, по идее, способны проводить быстрые вычисления, но эти частицы очень быстро теряют связанное состояние. Ядро "держится" гораздо дольше. В смешанном компьютере физики и вовсе придумали оригинальную защиту от декогеренции — нарушения синхронизации, вызываемого внешней средой. Фактически авторы нового устройства решали именно ту проблему. Кроме взаимодействия двух кубитов, свою роль играло вмешательство извне.

С помощью микроволновых импульсов авторы работы регулярно меняли спин электрона. По словам одного из авторов опыта Дэниела Лидара из университета Южной Калифорнии (USC), это было похоже на путешествие во времени: влияние на электрон уничтожало появляющуюся несогласованность между параметрами двух частиц.

Это искусственное вмешательство позволяло периодически отсекать вредное воздействие среды, так что времени, которое оставалось, хватало на выполнение квантовых операций.

При этом внутренний резонанс в такой спин-спиновой системе помогал избежать конфликта между добавкой этих внешних импульсов и выполнением поставленной задачи.

Ищем имя по номеру

Чтобы показать, что их система в алмазе работает именно в квантовом режиме, команда выполнила на компьютере алгоритм Гровера. Упрощенно его можно представить как поиск имени в телефонной книге, если вам известен только телефон.

В классической ситуации вы можете натолкнуться на этот номер на первых страницах, которые выбирают наугад, а можете — на последних. При большом числе таких задач вы будете находить нужного человека, пролистав в среднем половину книги. Но квантовый компьютер в силу принципа суперпозиции в состоянии решить такую задачу гораздо быстрее. Образно говоря, ему правильный ответ будет попадаться, как правило, в самом начале перебора.

В данном случае машина, оперируя защищенными кубитами, делала правильный выбор с первого раза около 95% времени, что было бы невозможно при классическом переборе.