Французские ученые предложили концепцию разделения квантового компьютера на компоненты, аналогичные классическим: процессор и память. Такой подход, по мнению исследователей, позволит значительно сократить необходимое количество кубитов для проведения вычислений.
Кубит представляет собой квантовый эквивалент бита и служит базовой единицей квантовой информации, применяемой в квантовых вычислениях. Современные квантовые компьютеры, как правило, включают в себя ряд кубитов, расположенных на одном чипе и осуществляющих вычисления непосредственно. В отличие от них, классические компьютеры имеют разделение функций: хранение и обработка информации выполняются разными компонентами – памятью и процессором.
Двое исследователей из Института теоретической физики Университета Париж-Сакле (Франция) провели исследование, чтобы оценить эффективность квантового компьютера с традиционной архитектурой. В ходе работы физики изучили квантовое вычислительное устройство, представляющее собой двумерную сетку, соединенную 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. Использование квантовой памяти позволило квантовому компьютеру факторизовать 2048-битное RSA-целое число за 177 дней, при этом потребовалось всего 13 436 кубитов. Для решения той же задачи в стандартной двумерной архитектуре потребовалось бы приблизительно 20 миллионов кубитов, хотя и за меньшее время – около восьми часов, по мнению исследователей.
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 своем исследовании ученые также обратили внимание на проблему коррекции ошибок при работе с кубитами. Они продемонстрировали, что проведение проверок каждый раз в секунду увеличивает время работы алгоритма приблизительно на 23%, однако повышает его устойчивость к ошибкам.
Внедрение предлагаемой архитектуры физики предусматривает использование микроволнового интерфейса для связи между процессором, изготовленным на основе 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.