Budování kvantových superpočítačů: Vědci spojují poprvé dva kvantové procesory pomocí stávajících kabelů z optických vláken
Vědci ve Velké Británii úspěšně spojili dva samostatný kvantové procesoryDláždění cesty pro a jako internet a potenciálně kvantové superpočítače.
Zvýšení počtu Kvantové bity (jinak známý jako qubits) v a množství počítače se ukázalo jako náročné, protože kvantové počítače jsou „hlučné“ – jsou citlivé na jakékoli rušení z tepla, pohybu nebo elektromagnetismu a selhávají mnohem častěji než bity v klasickém výpočtu.
Čím více qubits je v kvantovém počítači, tím složitější je systém a tím větší je riziko dekoherence – ztráta kvantových informací – a zdroje potřebné k zabránění chyb. Proto se vědci zaměřují na budování spolehlivějších qubitů před škálováním systémů až do milionů qubitů potřebných pro skutečně Užitečný kvantový počítač.
Ve studii Publikováno 5. února v časopise Nature vědci navrhli pracovat s tímto problémem škálovatelnosti spojováním samostatných kvantových procesorů pomocí stávající kabeláže z optických vláken, čímž se zvyšuje počet dostupných qubitů.
Toto je důležitý krok k prokázání proveditelnosti distribuovaného kvantového výpočtu (DQC), přičemž kvantové procesory jsou spojeny dohromady pro provádění výpočtů. DQC by umožnilo více kvantovým procesorům spolupracovat na řešení stále složitějších problémů v mnohem menší době, než by to vyžadovalo klasické superpočítače.
Vědci popsali, jak spojili dva kvantové procesory – nazývaní Alice a Bob (nesmí být zaměňováni s kvantovou výpočetní společností Alice & Bob) pomocí fotonického síťového rozhraní (optická vlákna). Odesílání kvantových algoritmů napříč rozhraním Photonic Network umožnilo oba kvantové procesory sdílet zdroje a fungovat jako jediná entita.
Distribuované výpočetní technika budoucnosti
Připojením těchto dvou procesorů, jako je tento, mohli vědci také přenášet fotony společně s kvantovými informacemi a poprvé kvantový algoritmus. Takové algoritmy jsou výpočetní funkce, které umožňují kvantovým počítačům řešit problémy. Ty byly sdíleny využitím jevu kvantového zapletení mezi fotony.
Kvantové procesory by také mohly spolupracovat na testovacím problému pomocí algoritmu Grover Search – kvantový algoritmus, který je navržen tak, aby nalezl „jehlu v kupce sena“; Hledání určité informace ve velkém fondu netříděných dat.
Tento průlom je klíčem k prasknutí problému škálovatelnosti v kvantovém výpočtu. Namísto jediného stroje obsahujícího miliony qubitů, který by byl obrovský a těžkopádný, umožňuje nová technika distribuované v mnoha menších procesorech. Pomocí malých modulů zachycených iontů qubits spojených optickými kabely umožňuje zamotat qubits v samostatných qPU.
Další výhodou propojovacích procesorů v systému DQC je snadná údržba, protože moduly lze upgradovat nebo vyměnit bez narušení zbytku systému.
Protože mezi nimi byla mezera jen 6,6 stop (2 metry) jednotky pro zpracování kvantu (QPUS), budoucí pokusy této technologie by musely rozšířit provozní vzdálenost, aby se zajistilo, že spojení zůstává stabilní na mnohem delší vzdálenosti. Do budoucích systémů mohou být také začleněny kvantové opakování, které zvyšují rozsah, ve kterém lze kvantové informace přenášet.
Přidání dalších kvantových procesorů by poskytlo další důkaz, že DQC by bylo životaschopným řešením pro vytváření kvantových superpočítačů. Stejně jako dnešní superpočítače jsou stovky klasických procesorů spojených dohromady, je teoreticky možné vytvořit kvantový superpočítač propojením kvantových procesorů na velké vzdálenosti.
Jako důkaz konceptu experiment prokázal, že DQC je životaschopný. Vytváří také základy pro zabezpečený kvantový internet, který by mohl umožnit bezpečnější metodu přenosu informací, protože k vytvoření zabezpečené komunikační sítě lze použít kvantové procesory na různých místech.
V prohlášení, David LucasHlavní vyšetřovatel výzkumného týmu a vedoucí vědec pro britský kvantový výpočetní a simulační centrum uvedl, že „experiment týmu ukazuje, že zpracování kvantových informací distribuované sítě je proveditelné s současnou technologií“.
Lucas však připustil, že je třeba provést spoustu práce, než budou k dispozici kvantové počítače pro praktické aplikace.
„Zvyšování kvantových počítačů zůstává impozantní technickou výzvou, která bude pravděpodobně vyžadovat nové poznatky o fyzice a intenzivní inženýrské úsilí v následujících letech,“ řekl.
