Квантовые компьютеры: упрощенный метод расчета, который может ускорить их разработку

Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории разработали новый интересный метод квантовых вычислений. В результате исследования, проведенного под руководством физика-теоретика Николая Синицына, был разработан упрощенный подход к вычислениям, ориентированный на «центральный квантовый спин». Цель исследования — сделать квантовые компьютеры более доступными, быстрыми и устойчивыми к ошибкам.

Квантовые вычисления сталкиваются с серьезными техническими проблемами, которые сдерживают раскрытие их потенциала. Сложность соединения кубитов, глубокая запутанность между ними и их восприимчивость к декогеренции, когда простые возмущения могут привести к ошибкам, — все это проблемы, которые необходимо преодолеть. Так, например, кубиты могут легко потерять свое квантовое состояние, будучи нарушенными такими незначительными элементами, как вибрации или небольшие колебания температуры.

Перед лицом этих проблем в Лос-Аламосской национальной лаборатории появилась новая методика. Разработан новый метод, менее подверженный эффекту декогеренции. Это достижение может значительно упростить создание и эксплуатацию квантовых компьютеров. Подробности опубликованы в журнале Physical Review A.

Лос-Аламосский метод

В основе этого новшества лежит простая, но мощная идея: использовать природные явления для упрощения процесса вычислений. Исследователи из Лос-Аламоса использовали показания спинов электронов — свойств, присущих электронам.

Вместо того чтобы использовать сложные конфигурации, в которых все кубиты находятся в постоянном взаимодействии, команда предложила инновационную идею: «центральный квантовый спин». Этот спин, находящийся в центре системы, действует как стержень, взаимодействуя со всеми окружающими его кубитами. Преимущество заключается в том, что после установления связей между центральным спином и периферийными кубитами отпадает необходимость управлять непрерывными или переменными взаимодействиями.

Затем, подвергнув систему воздействию магнитного поля, можно манипулировать спинами этих электронов. Это вращение или изменение состояния имеет решающее значение для процесса вычислений. Воздействуя на эволюцию спинов, исследователи могут направлять систему на решение задачи, причем более простым и прямым способом, чем традиционные методы.

Преимущества нового подхода

Новый метод значительно ускоряет обработку квантовой информации. Такая скорость выполнения может позволить квантовым компьютерам значительно превзойти возможности существующих систем.

Заметным преимуществом данного подхода является также его совместимость с алгоритмом Гровера, разработанным специально для эффективного поиска элементов в огромных неструктурированных базах данных. Упростив и ускорив наиболее сложную часть этого алгоритма, данный метод может произвести революцию в обработке и поиске информации. Более того, эта конструкция обладает естественной устойчивостью к определенным ошибкам. Другими словами, даже при наличии возмущений или неточностей система сохраняет свою стабильность, что является существенным преимуществом в области, где малейшая ошибка может иметь серьезные последствия.

Декогеренция — бич квантовых вычислений, когда кубиты теряют свое квантовое состояние из-за внешних взаимодействий, — также может быть уменьшена с помощью этого метода. Минимизируя постоянные взаимодействия между кубитами, мы уменьшаем возможность возникновения декогеренции.