Квантовые вычисления в реальных условиях
Для широкого применения квантовых вычислений нужны еще десятилетия исследований, в то время как исследовательские группы в университетах и частной промышленности по всему миру работают над различными аспектами этой технологии.
Почти 75 лет назад Альберт Эйнштейн отверг теорию квантовой запутанности как «жуткое действие на расстоянии». Сегодня это призрачное представление о двух субатомных частицах, взаимодействующих на галактических расстояниях, не только доказано, но и имеет очень реальные и потенциально нежелательные эффекты.
По прогнозам, к 2030 году рынок квантовых вычислений достигнет 65 миллиардов долларов. Квантовые вычисления обещают совершенно новый способ обработки информации.Обычный компьютер обрабатывает информацию в виде длинных цепочек битов.Бит может содержать только одно из двух значений: ноль или единицу.
Квантовые компьютеры обрабатывают информацию параллельно, что означает, что им не нужно ждать обработки одной последовательности информации, прежде чем они смогут вычислить больше.Их единица информации — кубит, гибрид, который может быть равен и единице и нулю одновременно.Квантовая система может фактически находиться в суперпозиции двух состояний в любой момент времени.
К примеру, фармацевтические компании могут смоделировать взаимодействие двух молекул. Сложность процесса заключается в том, что каждая молекула состоит из нескольких сотен атомов, а ученые должны смоделировать все способы, которыми эти атомы могут расположиться при введении соответствующих молекул. Число возможных конфигураций бесконечно — больше, чем число атомов во всей Вселенной. Только квантовый компьютер может решить такую обширную и динамическую проблему.
Исследовательская группа во главе с Сюй И, доцентом кафедры электротехники и вычислительной техники Школы инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии создала масштабируемую платформу квантовых вычислений, которая резко сокращает количество устройств, необходимых для достижения квантовой скорости, на фотонном чипе размером с пенни.
Группа создала квантовый источник в оптическом микрорезонаторе — кольцеобразной структуре миллиметрового размера, которая обволакивает фотоны и создает микрокоб — устройство, эффективно преобразующее фотоны из одной в несколько длин волн. Свет циркулирует по кольцу, накапливая оптическую энергию. Это увеличение мощности повышает шансы фотонов на взаимодействие, что приводит к квантовой запутанности между полями света в микрокобе.
Платформы квантовых вычислений, в которых используются сверхпроводящие электронные схемы, требуют охлаждения до криогенных температур.Поскольку у фотона нет массы, квантовые компьютеры с фотонными интегрированными чипами могут работать или спать при комнатной температуре.Кроме того, Сюй И изготовил микрорезонатор на кремниевом кристалле, используя стандартные методы литографии.Это важно, потому что подразумевает, что резонатор или квантовый источник могут производиться серийно.