До его создания осталось 10 лет. Или, может быть, 100

Японским ученым впервые в мире удалось создать твердотельное устройство, которое могло бы стать одним из двух базовых блоков для построения реально работающего квантового компьютера.

Группе исследователей, финансируемой корпорацией NEC и японским институтом физических и химических исследований (RIKEN) удалось разработать и публично продемонстрировать квантовый вентиль CNOT, выполненный в виде двухкубитного твердотельного устройства. (Кубит, или квантовый бит, определяется как квантовая система с двумя состояниями. От классического бита, который может принимать два состояния, кубит отличается возможностью принимать состояния, которые являются линейными комбинациями базисных состояний с комплексными коэффициентами. — Прим. ред.)

Это уже не первое достижение японских специалистов, занимающихся исследованиями в области квантовых вычислительных систем. Ранее, в 1999 году, той же группой было продемонстрировано другое устройство — однокубитный ротационный вентиль. Теперь целью ученых, по их словам, является объединение двух устройств в одно — универсальный вентиль, который мог бы стать основой для построения квантового компьютера. Параллельно группа планирует заняться созданием алгоритмической базы для будущих квантовых вычислительных систем.

По словам ученых, одной из главных задач, стоящих сейчас перед разработчиками базовых строительных блоков для квантовых компьютеров, является увеличение продолжительности временного интервала, в течение которого действует эффект так называемого «квантового перепутывания» (quantum entanglement). Это одно из свойств, имеющих критически важное значение для квантовых вычислительных систем, поскольку оно позволяет кубитам действовать вместе как единая система, несмотря на отсутствие физической связи между ними.

Поскольку кубиты могут находиться в состоянии 1 либо 0, так и в суперпозиции этих базисных состояний, по мере увеличения числа кубитов в системе растет и число состояний, которые могут быть представлены кубитами, объединенными с помощью эффекта квантового перепутывания. Двумя кубитами могут быть представлены четыре различных состояния, которые могут обрабатываться одновременно, тремя — восемь и т. д. Число состояний растет экспоненциально.

Это означает, что такие вычисления, как, например, разложение чисел на простые множители, которые весьма сложны даже для самых быстрых современных суперкомпьютеров, могут стать тривиальными для квантового компьютера. Так, например, при использовании алгоритма Шора для разложения на множители 256-разрядного двоичного числа компьютеру, аналогичному суперкомпьютеру Blue Gene корпорации IBM, потребуется 10 млн. лет. Квантовый компьютер способен сделать то же самое всего за 10 секунд.

Конечно, существует множество проблем, которые предстоит решить прежде, чем что-то подобное станет возможным. Однако Эичи Маруяма, директор отделения Frontier Research System в RIKEN, считает, что, несмотря на все трудности, исследования движутся очень успешно. Впрочем, он также заметил, что предсказать, когда будет создан реально функционирующий квантовый компьютер, пока сложно. «Мы считаем, что это может произойти как через 10, так и через 100 лет», — заявил он.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями