Квантовый компьютер: новая архитектура становится панацеей?

Как сообщает SpaceDaily, новая архитектура квантовых компьютеров, предложенная сотрудником национального института стандартов и технологий США NIST Эммануэлем Ключевым фактором, определяющим надежность квантовых компьютеров, является подверженность квантовых состояний внешним воздействиям.

Сегодняшние компьютеры содержат в себе миллионы транзисторов, переключение которых из одного состояния в другое позволяет надежно представлять два возможных логических значения - «0» или «1». В квантовых компьютерах в качестве квантовых бит (так называемых кубит) могут использоваться, например, атомы, магнитные или иные свойства которых могут принимать дискретные значения - «0», «1», или большее их число. Однако крайняя «чувствительность» кубит к внешним воздействиям ведет к появлению ошибок, вызванных даже минимальными шумами электроники.

Для решения проблемы Эммануэль Книлл (Emmanuel Knill) из NIST предложил создать пирамидальную иерарахию кубит и осуществлять телепортацию данных через «ключевые» интервалы, что позволит непрерывно контролировать точность значений кубит. Физики NIST уже демонстрировали успешную телепортацию в прошлом году. Им удалось осуществить передачу квантовых характеристик одного атома другому без создания физической связи между ними.

«В области квантовых вычислений между теорией и экспериментом - дистанция невообразимого размера, - подчеркивает г-н Книлл. - Все равно что пытаться создать современный суперкомпьютер в эпоху вакуумных ламп, еще до изобретения транзисторов». Значение работы состоит как раз в  том, что разрыв между теорией и практикой удалось пусть и не преодолеть, но существенно уменьшить, показав, что создание квантовых компьютеров куда проще, чем предполагалось ранее.

Использование предложенной архитектуры позволит обеспечить надежность вычислений с помощью квантовых компьютеров даже в том случае, если доля ошибок при выполнении отдельных логических операций будет достигать 3%. Ранее предполагалось, что этот показатель сначала необходимо улучшить в несколько сот раз. Уровень ошибок, составляющий 3%, уже достигнут, в частности, в NIST при работе с кубитами, материальными носителями которых выступают ионы.

В основе архитектуры - последовательность легко осуществимых процедур регулярного контроля достоверности значений блоков кубит. Процесс контроля состоит в проверке "послойной" иерархии кубит. Так, для осуществления вычислений средней сложности и продолжительности с приемлемой вероятностью ошибок необходимо 36 кубит организовать "послойно" в три уровня с последовательной коррекцией ошибок. В самих вычислениях используются значения только верхнего, наиболее достоверного, иерархического уровня. Чем больше уровней используется, тем выше достоверность результатов.