Китайцы обогнали Google в запутывании кубитов

МЕНЮ


Новости ИИ
Поиск

ТЕМЫ


Внедрение ИИНовости ИИРобототехника, БПЛАТрансгуманизмЛингвистика, рбработка текстаБиология, теория эволюцииВиртулаьная и дополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информации

АРХИВ


Июнь 2017
Май 2017
Апрель 2017
Март 2017
Февраль 2017
Январь 2017
Декабрь 2016
Ноябрь 2016
Октябрь 2016
Сентябрь 2016
Август 2016
Июль 2016
Июнь 2016
Май 2016
Апрель 2016
Март 2016
Февраль 2016
Январь 2016
0000

RSS


RSS новости
птичий грипп

Новостная лента форума ailab.ru

 

Десятикубитный чип китайской группы

Chao Song et al. / arXiv.org, 2017

Китайские физики под руководством Цзянь-Вэй Пана из Научно-технологического университета в Хэфэй разработали чип, обеспечивающий квантовую запутанность одновременно десяти сверхпроводящих кубитов. Это рекордный для подобной технологии результат. Предыдущий рубеж в девять кубитов был «взят» в 2015 году группой Джона Мартиниса (Университет Калифорнии и Google Quantum A.I. Lab). Увеличение количества кубитов в чипах — необходимый шаг для того чтобы достигнуть превосходства квантовых вычислителей над классическими. Работа еще не прошла процедуру рецензирования, ее препринт опубликован на сайте arXiv.org, кратко о ней сообщает Physics World.


Девятикубитное устройство, описанное группой Джона Мартинеса в 2015

Julian Kelly / UCSB

Кубиты — логические элементы квантовых компьютеров, квантовые аналоги битов. В отличие от битов, они могут находиться в суперпозиции состояний «нуля» и «единицы», принимая при измерении одно из значений с некоторой вероятностью. Важно отметить, что количество состояний, одновременно существующих в суперпозиции, быстро растет с количеством кубитов. Так, пять кубитов уже составляют суперпозицию 32 состояний, а десять — 1024 состояний. Такое необычное поведение позволяет создавать алгоритмы для квантовых компьютеров, значительно превосходящие классические: например, для решения задачи о разложении числа на простые множители или поиска решений уравнений.

Существует несколько физических воплощений кубитов. Большой популярностью пользуются системы на холодных атомах, захваченных в оптические ловушки. В роли «нуля» и «единицы» в кубитах выступает спин атома, направленный «вверх» или «вниз». На них уже были построены рабочие пятикубитные квантовые компьютеры. Однако такие системы трудно производить массово. Другой известный подход — сверхпроводящие кубиты на основе джозефсонофских контактов. Это кольца из сверхпроводящего материала, в которых есть небольшая (наноразмерная) вставка из диэлектрика. Роль «нуля» в нем играет электрический ток, движущийся по часовой стрелке, «единицы» — против. Таким образом, в сверхпроводящем кубите возникает суперпозиция направлений токов.

На сверхпроводящих кубитах уже были созданы полноценные чипы, способные замечать и корректировать квантовые ошибки — четырех- и девятикубитные, соответственно. Более того, квантовые вычислители на таких элементах уже были успешно использованы группой Мартинеса для расчета энергии связи в молекуле водорода. Подобные разработки ведутся и в России.

Как для вычислений, так и для коррекции ошибок в системе должна существовать квантовая запутанность, особое коллективное состояние кубитов. Это явление не имеет аналогов в классической физике, в нем проявляется нелокальность квантовой механики. Она проявляется в том, что при измерении одного из запутанных кубитов мгновенно и без каких-либо взаимодействий изменяются состояния остальных кубитов. С увеличением количества запутанных частиц растут возможности квантовых алгоритмов.

Авторы новой работы создали десятикубитный чип на сверхпроводящих алюминиевых кольцах, в котором реализуется квантовая запутанность. По сравнению с предыдущим девятикубитным рекордом, установка китайских физиков отличалась архитектурой: сверхпроводящие кольца были выстроены в круг, а не в линию. Кроме того, все кубиты были соединены с центральной шиной, обеспечивающей запутанность. Размер одного логического элемента в схеме не превышал полумиллиметра.

На первом этапе эксперимента кубиты были приготовлены в исходных состояниях с помощью микроволновых импульсов: к каждому кубиту был подведен волновод. Чтобы избежать интерференции физики использовали разные частоты для разных кубитов. Затем эти устройства начинали обмениваться энергией через центральную шину, выравнивая частоты и создавая запутанное состояние. Ученые измерили запутанность с помощью методов квантовой томографии — он позволяет определить вероятность обнаружения различных квантовых состояний. Поскольку в системе таких состояний могут быть тысячи, это требует огромного количества экспериментов. В результате статистическая значимость доказательства запутанности превысила шесть сигма.


Результат квантовой томографии (распределение вероятности считывания различных состояний системы). На врезке — зависимость точности работы системы (fidelity) от количества активных кубитов.

Chao Song et al. / arXiv.org, 2017

Исследователи отмечают, что разработанная схема генерации запутанности работает очень быстро. Вместе с тем, она хорошо масштабируется — искажения в ней усиливаются медленнее, чем в традиционной схеме генерации запутанности на CNOT-вентилях. Через 5-10 лет физики надеются создать 50-кубитный квантовый вычислитель, который позволит моделировать свойства небольших молекул быстрее, чем обычные компьютеры.

Работу прокомментировал для Physics World глава научной группы, обладающей предыдущим рекордом, — Джон Мартинес. Ученый отметил заслуги китайских физиков и хороший эксперимент, но, по его словам, сложно оценить, фактический прогресс в области сверхпроводящих кубитов — недостаточно данных о точности работы запутывающей шины и вентилей.

Ранее физики из университета Женевы показали, что с помощью одного фотона в твердом теле можно запутать одновременно 16 миллионов атомов. Однако этот результат не имеет прямого практического применения, так как в такой постановке эксперимента невозможно адресоваться к индивидуальным атомам.

Сейчас в мире существует несколько квантовых компьютеров, работающих на небольшом количестве кубитов. К некоторым из них есть возможность подключиться с помощью облачных сервисов, например, это IBM Quantum Experience, работающий на пяти сверхпроводящих кубитах. Кстати, недавно IBM объявила о запуске коммерческого сервиса квантовых облачных вычислений — IBM Q. В ближайшие годы ее основной компьютер планируют расширить до 50 кубит.

Владимир Королёв


Источник: nplus1.ru