Новий квантовий комп’ютер відкриває більше обчислювальної потужності

Комп’ютери добре відомі тим, що працюють з двійковою інформацією, або нулями й одиницями, що призвело до того, що комп’ютери є основою для багатьох у сучасному світі. Сучасні квантові комп’ютери також призначені для обробки двійкової інформації.

Мартін Рінгбауер — фізик-експериментатор з Інсбрука, Австрія.

«Однак будівельні блоки квантових комп’ютерів — це не просто нулі й одиниці», — каже Рінгбауер. «Обмеження їх двійковими системами не дозволяє цим пристроям реалізувати свій справжній потенціал».

Обчислення з квантовими цифрами

Дослідницькій групі під керівництвом Томаса Монца з Департаменту експериментальної фізики Університету Інсбрука вдалося розробити новий тип квантового комп’ютера, який може виконувати довільні обчислення за допомогою квантових цифр або кудитів. Цей новий підхід забезпечує більшу обчислювальну потужність із меншою кількістю квантових частинок.

Дослідження було опубліковане в журналі Фізика природи.

Незважаючи на те, що метод зберігання інформації в нулях і одиницях не дуже ефективний, він набагато простіший за інші методи. Він також надійний і стійкий до помилок, що зробило його стандартом для класичних комп'ютерів протягом тривалого часу.

Унікальність квантових обчислень

Однак все починає змінюватися, коли мова йде про квантові обчислення. Інсбрукський квантовий комп’ютер зберігає інформацію в окремих захоплених атомах кальцію, причому кожен атом природно має вісім різних станів. Тільки два з цих станів використовуються для зберігання інформації. Майже всі існуючі квантові комп’ютери мають доступ до більшої кількості квантових станів, ніж вони фактично використовують для обчислень.

Команда фізиків створила квантовий комп’ютер, який може використовувати весь потенціал атомів за допомогою qudits для обчислень. На відміну від класичного методу, новий метод, який використовує більше станів, не впливає негативно на надійність комп’ютера.

«Квантові системи природно мають більше, ніж просто два стани, і ми показали, що можемо керувати ними всіма однаково добре», — каже Томас Монц.

Завдання, які вимагають квантових комп’ютерів, наприклад проблеми з фізики, матеріалознавства чи хімії, природно виражаються мовою qudit. Якщо їх переписати для кубітів, вони часто можуть стати надто складними для існуючих сьогодні квантових комп’ютерів.

«Робота з більш ніж нулями та одиницями є дуже природною не лише для квантового комп’ютера, але й для його програм, що дозволяє нам розкрити справжній потенціал квантових систем», — каже Мартін Рінгбауер.