Ученые сделали новый шаг к созданию квантового компьютера |
||
МЕНЮ Главная страница Поиск Регистрация на сайте Помощь проекту Архив новостей ТЕМЫ Новости ИИ Голосовой помощник Разработка ИИГородские сумасшедшие ИИ в медицине ИИ проекты Искусственные нейросети Искусственный интеллект Слежка за людьми Угроза ИИ ИИ теория Внедрение ИИКомпьютерные науки Машинное обуч. (Ошибки) Машинное обучение Машинный перевод Нейронные сети начинающим Психология ИИ Реализация ИИ Реализация нейросетей Создание беспилотных авто Трезво про ИИ Философия ИИ Big data Работа разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика
Генетические алгоритмы Капсульные нейросети Основы нейронных сетей Распознавание лиц Распознавание образов Распознавание речи Творчество ИИ Техническое зрение Чат-боты Авторизация |
2021-09-03 18:34 Создание квантового компьютера, который позволит выполнять вычисления существенно быстрее, чем современные технологические средства, – задача для ученых всего мира. Научный коллектив Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) и МГУ им. М.В. Ломоносова в рамках Центра НТИ «Квантовые технологии» сделал новый шаг в этом направлении – теоретические изыскания фактически полностью совпали с экспериментом. Результаты представлены в статье в журнале “Physical review A”. В отличие от классической вычислительной системы, каждый элемент (бит) которой представляет собой либо 0, либо 1, особенность квантового вычислителя в том, что цепочки атомов — играющие роль квантовых битов (кубитов) — находятся в состоянии квантовой суперпозиции, т.е. фактически одновременно являются и 0, и 1. Каждый атом рассматривается как отдельный элемент квантового регистра информации, т.е. некий материальный носитель, на который можно записать, считать и как-то преобразовать информацию. Но развитие квантовых технологий и создание квантового компьютера связаны с определенными сложностями. Необходимо найти и создать физические условия, в которых кубиты в течение достаточно длительного времени смогут сохранять состояние квантовой суперпозиции, т.е. увеличить время жизни квантового состояния (когерентности). Именно это позволит управляемым образом манипулировать отдельными элементами квантового регистра и проводить с его помощью квантовые вычисления. Для работы полноценного квантового компьютера необходимо обеспечить одновременное функционирование и нахождение в долгоживущем состоянии квантовой суперпозиции как можно большего числа кубитов. Научная группа Санкт-Петербургского политехнического университета имеет богатый (более чем десятилетний) опыт теоретических разработок в области физики квантовой информации. В течение этого времени были разработаны уникальные методики расчётов и развито сотрудничество с рядом экспериментальных лабораторий России, США, Франции и Германии, сделавшее возможным глубокую интеграцию теоретических результатов в проводимые эксперименты. В рамках последних проведённых исследований учёными было проведено математическое моделирование, которое на полностью квантовом уровне описывает динамику отдельных атомов – элементов квантового регистра, создаваемого на экспериментальной базе в лаборатории Центра квантовых технологий МГУ (ЦКТ МГУ). Результаты проведённых расчётов с высокой точностью подтвердились экспериментальными данными ЦКТ. В ходе подготовки к эксперименту атомы химического элемента рубидия-87 при помощи магнитно-оптической ловушки охлаждались до низких температур (десятки микрокельвин). Далее при помощи методики оптического пинцета из магнитно-оптической ловушки выхватывались одиночные атомы. Ученые собирали их в упорядоченные структуры – одно-, двух- и трёхмерные массивы атомов. Эти структуры рассматриваются в качестве материальной основы для квантовых регистров и в будущем – для квантового компьютера. «В связи с тем, что температура – один из главных факторов, способных снизить время жизни кубита, в нашей теории мы рассматривали поведение атома в оптическом пинцете при различных температурах – как сверхнизких (близких к абсолютному нулю), так и при более реалистичных показателях (десятки микрокельвин), с которыми на данный момент имеют дело экспериментаторы. Но развитие квантовых технологий, скорее всего, потребует дальнейшего развития технологий охлаждения атомов и приближения к сверхнизким температурам, так что фактически мы в нашей теории, кроме описания текущего эксперимента, показываем будущую перспективу развития квантовых технологий. Охлаждение до сверхнизких температур позволит увеличить время жизни приготовляемых в системе атомов состояний квантовой суперпозиции и квантовой перепутанности, что крайне необходимо для создания квантового вычислителя. Кроме того, мы надеемся, что в ближайшей временной перспективе наши математические модели можно будет масштабировать на большее количество кубитов. Главное достоинство нашей теории в том, что она позволяет проводить высокоточное и не требующее использования подгоночных параметров моделирование атомных систем, упреждая фактическую реализацию планируемых дорогостоящих экспериментов и давая для них ориентир», – отмечает Леонид Герасимов, старший научный сотрудник лаборатории «Квантовая оптика и квантовая информатика» СПбПУ. В своей работе учёные стремились разработать математическую модель, учитывающую как можно больше физически значимых эффектов и максимально точно описывающую их. Так, например, существенным является то, что информация на кубит записывается при помощи микроволнового импульса. Этот импульс должен отвечать определённым требованиям по длительности, несущей частоте и т.д., удовлетворить которым на практике не всегда просто. Кроме того, вследствие остаточной температуры атом продолжает двигаться внутри оптического пинцета. Подобные факторы ведут к разрушению квантового состояния атомов, т.е. фактически кубит постепенно «забывает» записанную на него информацию. В связи с этим одной из основных задач, решаемых экспертами, являлся поиск оптимальных параметров эксперимента, которые позволили бы сохранить квантовое состояние атомов в течение как можно большего времени. В настоящее время исследователи занимаются развитием как теории, так и эксперимента в направлении масштабирования квантовых регистров на большее количество кубитов, что требует существенной оптимизации преобразований, выполняемых над атомами: как по отдельности, так и над парами кубитов. Кроме того, в дальнейшем исследователями планируется развивать технику охлаждения атомов до более низких температур. Проект поддержан грантом Российского научного фонда №18-72-10039. Информация предоставлена Управлением по связям с общественностью СПбПУ Фото из архива портала "Научная Россия" Источник: scientificrussia.ru Комментарии: |
|