В рубрике «Поговорим о науке» сегодня предлагается для рассмотрения вопрос, связанный с открытием австралийских учёных в области компьютерных технологий.
Исследовательская группа из Сиднейского университета под руководством профессора Арне Гримсмо занимается изучение проблематики создания и совершенствования так называемых квантовых компьютеров. Отличие этих компьютеров от привычных – в используемой технологии учёта информации. Если в обычных компьютерах оперируют битами – одним из значений 0 или 1 в тот или иной момент времени, то в квантовых компьютерах операции идут с кубитами (квантовыми битами), когда может быть одновременно и 0, и 1.
В том или ином виде квантовые компьютеры и их модели представляются с начала 2000-х, однако развитию такого рода техники мешают постоянно «всплывающие» квантовые ошибки. Эти ошибки, по сути, дают возможность использовать квантовые компьютеры для решения небольшого спектра задач. Не хватает привычной для компьютерной техники универсальности.
Австралийские учёные полны энтузиазма в плане снижения числа упомянутых ошибок в квантовых компьютерах.
Группа специалистов разработала специальные коды квантовой коррекции. Эти коды структурированы в особом пространстве квантовой системы, состоящей из бозонов.
Арне Гримсмо:
Прелесть этих кодов в том, что они независимы от платформ и могут быть разработаны для работы с широким спектром квантовых аппаратных систем. Экспериментально были продемонстрированы многие различные типы кодов коррекции бозонных ошибок. Мы объединили эти коды в общую структуру.
Учёные сообщают о том, что ключом для снижения числа ошибок является использование теории Гилбертова пространства. Это математическая абстракция, которая допускает бесконечную размерность.
Из материала австралийских учёных:
Квантовые компьютеры выполняют свои задачи, кодируя информацию с использованием квантовой суперпозиции (того самого варианта, когда одновременно возможны состояния 0 и 1, — прим. автора) — фундаментальный аспект природы, где конечный результат физической системы остается неопределённым, пока он не измерен. До этого момента информация существует в состоянии нескольких возможных результатов.
Учёные в исследованиях используют «наиболее простые бозоны» — фотоны (безмассовые порции электромагнитной энергии видимого спектра или, если упрощённо, – «частицы света»). Это позволяет уменьшить число ошибок квантовых систем, в которых учёт ведётся сразу по нескольким частицам, «отличимым друг от друга». Например, число ошибок крайне велико, когда в качестве «носителей» информации рассматриваются потоки ионов и электронов. Но если рассматривать «неразличимые частицы» — те же фотоны – то можно сократить число квантовых систем, необходимых для создания компьютера. А там, где меньше таких систем, меньше и ошибок.
Исследователи надеются, что их фундаментальная работа поможет построить дорожную карту по отказоустойчивости в квантовых вычислениях и создать квантовые компьютеры широкого спектра применения: от решения криптозадач до моделирования сверхсложных природных и технологических процессов.
Автор:
Чернов Александр