Чем квантовый компьютер отличается от классического?

Юлия Кузьмина

Что это?

Схема, на которой сравниваются между собой принципы работы памяти в классическом и квантовом компьютерах. Эти же принципы верны и при сравнении других классов устройств, например классических и квантовых сетей передачи данных.

В классических системах информацию можно копировать. Это делает возможным привычные базовые операции по работе с данными: обращение к оперативной памяти, хранение на жестком диске, создание резервных копий и неограниченное распространение между пользователями.

Устройство квантовых систем, к сожалению, не позволяет работать с информацией аналогичным образом. Это связано с особенностями кубитов — основных единиц обработки информации. Во время выполнения алгоритмов они находятся в состоянии суперпозиции и, в отличие от обычных битов, могут принимать любые промежуточные значения между 0 и 1, описываемые волновой функцией. Однако зафиксировать с помощью приборов возможно только одно из этих двух состояний, поскольку сам процесс измерения приводит к коллапсу квантовой системы. Это значит, что возможно записать лишь определенный результат выполнения расчетов, но не промежуточные его стадии. Кроме того, из-за этого невозможно скопировать состояние кубита, поскольку его состояние невозможно в точности воспроизвести.

Единственный вариант сохранения информации при работе с квантовыми системами — создать условия, в которых кубит оказался как бы законсервированным в нужном состоянии вплоть до момента, когда он понадобится в действии. Устройства, с помощью которых осуществляется задержка, различаются рядом параметров, подбираемых в зависимости от цели: отсутствие потерь кубитов, емкость, совпадение состояний на входе и на выходе, время хранения и другие.

Чем это интересно для науки?

На данный момент ученые работают над внедрением квантовой памяти в процесс передачи зашифрованной информации. Современная квантовая криптография работает только на сравнительно небольшие расстояния, до 100 километров. Однако благодаря квантовой памяти все может измениться, поскольку с помощью нее возможна реализация квантовых повторителей. Это будет особая система кубитов в состоянии квантовой запутанности, с помощью которой можно произвести квантовую телепортацию фотона без потери информации.

Также квантовая память может оказаться полезной для развития квантовых компьютеров на фотонах и линейных оптических элементах. В таких системах практически отсутствуют источники шума, кроме внутренних потерь на элементах, и они позволяют с легкостью создать десятки тысяч кубитов в запутанном состоянии. Однако кубиты таких компьютеров — фотоны — летят со скоростью света, что ставит перед разработчиками задачу их синхронизации, и именно ее может помочь решить квантовая память.

Почему это важно знать?

В настоящее время существует множество различных подходов к созданию квантовой памяти, благодаря которым эта технология постепенно переходит в разряд прикладных. Так, она станет ключевым компонентом в построении квантового интернета будущего и других квантовых технологий. Одной из самых захватывающих перспектив оказывается возможность создания оптического квантового компьютера, который потенциально будет более эффективен, чем традиционные варианты.

Источник: postnauka.ru

Комментарии: