Разработан квантовый компьютер с упрощенной конструкцией: меньше кубитов, но высокая эффективность.

Новости МирТесен

Специалисты из Франции высказали предложение о разделении квантового компьютера на компоненты, аналогичные классическим вычислительным машинам: процессор и блок памяти. Согласно их расчетам, подобный подход позволит существенно сократить количество необходимых кубитов для проведения вычислений.

Кубит представляет собой квантовый эквивалент бита – минимальный объем квантовой информации, применяемый в квантовых вычислениях. В большинстве существующих квантовых компьютеров кубиты расположены на плоском чипе и непосредственно участвуют в вычислительном процессе. Классические же компьютеры организованы иначе: функции хранения и обработки данных выполняют отдельные блоки – процессор и память.

Два исследователя, работающие в Институте теоретической физики при Университете Париж-Сакле во Франции, провели анализ эффективности квантового компьютера с архитектурой, напоминающей классические системы. В рамках своей работы физики рассмотрели структуру квантового вычислительного устройства, состоящую из двумерной сетки, соединенной с блоком квантовой памяти.

Для оценки эффективности разработанной системы, исследователи изучили ее способность находить простые множители для весьма крупных полупростых чисел (произведений двух простых чисел), которые также называют RSA-числами. Выяснилось, что благодаря применению квантовой памяти, квантовый компьютер способен выполнить факторизацию 2048-битного целого числа RSA за 177 дней, используя лишь 13 436 кубитов. В традиционной двумерной архитектуре для решения этой задачи потребовалось бы приблизительно 20 миллионов кубитов, хотя и затратив значительно меньше времени: по оценкам специалистов, около восьми часов.

Авторы статьи видят больше перспектив в использовании квантовой памяти, поскольку увеличение числа кубитов существенно усложняет создание квантового компьютера. Исследователи отмечают, что разработка надежной квантовой памяти – задача не из легких, однако размещение миллионов кубитов в криостате представляет собой еще большую трудность.

В числе других сложностей, затронутых учеными в своем исследовании, находится коррекция ошибок при хранении информации в кубитах. Они продемонстрировали, что регулярные проверки, проводимые каждую секунду, увеличивают время выполнения алгоритма примерно на 23%, но повышают его устойчивость к ошибкам.

Физики намерены воплотить предложенную архитектуру в жизнь с использованием микроволнового интерфейса между процессором, созданным из сверхпроводящих кубитов, и мультиплексированной памятью на основе принципа фотонного эха в твердых телах, легированных ионами редкоземельных металлов.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Physical Review Letters.