Ученые совершили большой прорыв в развитии квантовых компьютеров

6 Октября 2015 в 21:30, Николай Хижняк 13 661 просмотр 21

qubit

Создание квантового компьютера — это нелегкий процесс, требующий комплексного подхода для решения самых разных задач. И одна из основных проблем заключается в необходимости использования дорогих экзотических материалов для создания таких же экзотических электронных схем. К счастью, команда инженеров из Университета Нового Южного Уэльса смогла создать первый в мире квантовый логический вентиль на основе традиционного кремния.

Инженеры создали устройство, которое позволяет двум квантовым битам (кубитам) взаимодействовать друг с другом. Благодаря тому, что этот логический вентиль построен на базе кремния, создание настоящего квантового компьютера стало ближе к реальности.

В обычных электронных компьютерах (будь то ПК, планшет или смартфон) информация хранится в виде битов, имеющих значение 0 и 1. В квантовых же компьютерах кубиты способны находится в состоянии (или, другими словами, иметь значения) и 0 и 1 в одно и то же время. Эта способность кубитов в теории позволит квантовым компьютерам значительно быстрее проводить множество одновременных и параллельных вычислений.

Проблема же заключается в том, что полноценному квантовому компьютеру нужно производить операции не просто с одним отдельно взятым кубитом, а научить эти кубиты взаимодействовать друг с другом. Такой двубитный процесс может быть использован для создания логических вентилей — базовых элементов цифровой схемы, выполняющих элементарную логическую операцию. Квантовые логические вентили ученые уже создали. Однако их создание потребовало использования экзотических материалов.

Ранее было «доказано», что создать квантовый логический вентиль на базе кремния будет невозможно.

«Квантовое логическое состояние закодировано в спине одиночного электрона», — объясняет Эндрю Джурак, руководитель нового исследования.

«Основная проблема заключается в том, как создать логический канал между двумя электронно-спиновыми кубитами, так как электронам необходимо находиться друг от друга на очень близком расстоянии (около 20-40 нанометров), и при этом нам нужна возможность управления такими электронами. Было доказано, что ввиду чрезмерно малых масштабов добиться этого практически невозможно или по крайней мере очень и очень трудно».

Для решения вопроса новая команда исследователей решила позаимствовать некоторые концепты работы существующих транзисторов и добилась взаимодействия между собой кубитов на основе кремния. Они взяли транзисторы, не сильно отличающиеся от тех, которые используются в наших компьютерах и смартфонах, реконфигурировали их таким образом, чтобы один из транзисторов имел только один связанный с ним электрон. Так как состояние квантового бита может определяться спином отдельного электрона, этот процесс превратил каждый транзистор в отдельный кубит. В опубликованной статье в журнале Nature команда исследователей рассказала о том, что они могут использовать металлические электроды на транзисторах для управления кубитами и их взаимодействия между собой.

«Ключевым прорывом было обнаружение того, что мы можем независимо обращаться к каждому кубиту в отдельности, путем обычного изменения вольтажа, подаваемого на металлический затвор над ним», — объясняет Джурак.

«Это действительно упрощает нашу задачу по работе с квантовыми логическими гейтами».

qubit-cpu

Полноразмерный квантовый компьютерный процессор с тысячами отдельных кубитов в представлении художника

Создание подобной квантовой схемы на базе кремния является действительно важным достижением, потому что компьютерный мир активно использует именно этот материал. Команда ученых отмечает, что так как их подход в общем и целом использует уже существующие технологии, то создать полноразмерный квантовый чип получится гораздо быстрее. Хотя задача все равно будет непростой.

«Потребуется много инженерной работы для разработки топологии соединений, необходимых для операций чтения и записи тысяч или даже миллионов CMOS-кубитов», — объясняет Джурак.

«Так как работа построена на заимствовании многих аспектов дизайна CMOS-чипов, нам необходимо реорганизовать эти аспекты в рамках сотрудничества с производителями и разработчиками этих CMOS-чипов».

«При достаточном уровне инвестиций, в течение 5 лет у нас появятся чипы с десятками, а то и сотнями содержащихся в них CMOS-кубитов», — говорит Джурак.

Ученые совершили большой прорыв в развитии квантовых компьютеров

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

21 комментарий

  1. kerby2000

    Странно , то
    « операций чтения и записи тысяч или даже миллионов CMOS-кубитов», - объясняет Джурак-Сал
    То
    «При достаточном уровне инвестиций, в течение 5 лет у нас появятся чипы с десятками, а то и сотнями содержащихся в них CMOS-кубитов», - говорит Джурак.

    А сколько времени надо на миллион? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  2. casio

    При достаточном уровне инвестиций, в течение 5 лет у нас появятся дома яхты и дорогие автомобили ))

    • mr Vanya

      +++
      Какое-то подозрительное разнообразие в способах им технологиях реализации квантовых компьютеров у разных групп учёных.
      Причём никто толком не может объяснить как эта штука будет работать в конечном серьёзном промышленном варианте. Всё бьются на уровне десятка кубитов и пугают сотней.

  3. Higgs Boson

    Комп, который высчитывает все варианты за раз. Тэватронцы и Атлассовцы наверное молятся чтобы побыстрее изобрели эту цяцю. А ведь изобретут гавнюки....так что если у вас даже двадцатиядерный мак, всёрано выкинете его на свалку после появления первого одноядерного Q1.

    • casio

      Квантовые вычисления сейчас на уровне вечного двигателя или машины времени, то есть на уровне 0. И далеко не факт что они когда либо поднимутся выше.

    • mr Vanya

      Домашний комп с температурой ядра процессора 3 микрокельвина.

  4. Аноним

    Какой смысл в том, что кубит будет иметь сразу 2 логических состояния? Похоже на развод. Видать деньжат хотят с акционеров выманить. Поэтому и выражаются непонятно. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • amd212

      Я сам не понимаю, но попробую объяснить как нам объясняли.
      Представь тебе дано обалденнодлинное число и сказано, что это произведение трёх чисел. Найти все возможные комбинации (криптование типа)
      Решение.
      Берём первые 50 кубитов в которых теоретически сразу все числа от 0 до 2^50 загоняем их в квантовый умножитель (но не умножаем).
      Берём вторые 50 кубитов - тудаже
      Третьи 50 - тудаже (умножитель ес-но крутой)
      Теперь известный результат произведения подаём на вход этой машинки. Нажимаем "пуск". Бамс и в доли секунды имеем все подходящие под ответ комбинации.
      Пока правда не работает. Но идея позволит ломать сегодняшние шифры чуть ли не в реальном времени

      • Аноним

        А что в этот кубит можно записать то? Если современные ПК оперируют Булевой алгеброй, где действия производятся между двумя величинами: 1 или 0, то чем будет оперировать комп на основе кубитов? В математике одна величина не может быть одновременно истинной и ложной. Поэтому как можно оценить состояние кубита? Это то-же самое, что говорить о физическом теле, что оно одновременно холодное и горячее. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

        • Higgs Boson

          Аноним...вы явно далеки от физики и программирования, раз задаёте такие вопросы. ))

        • amd212

          Квантовый комп не комп с IBM compatible точки зрения и наше программирование совсем не для него. Если вам преподавали такой язык Пролог, то вы наверное заметили что он в корне отличается от С или Питона.
          Кубиты нам позволяют оперировать таким понятием как "любое число". Т.е. мы можем поставить задачу так
          А_любое х Б_любое х С_любое = 6532079528460729596929696992

          найди мне все {А_любое, Б_любое, С_любое} удовлетворяющие этому условию.
          Мы потратим некоторое время на сброс кубитов в неопределённое состояние и выстраивание мультипликаторов, но потом мгновенно получим результат.

  5. zheka0227

    насколько я знаю то проблема нынешних квантовых компьютеров в том что нельзя сделать группу более чем из 8 кубитов, а не из каких материалов они состоят

    • Higgs Boson

      Во-первых, мы не можем нормально транспортировать атомы.
      Во-вторых, мы не можем присвоить адрес в массиве конкретному кубиту для управления им. Ведь мы хотим, чтобы система подчинялась нам и только нам.

  6. sairon

    Тут же писали, что ибм научились определять нужную позицию вычисления. А вот создание... типа проблема в том, что экспансия вычислений становится на столько велика, что просто сбивается с логического продолжения. (Ну это как я понял) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.