Сделан шаг к созданию квантового компьютера

"Квантовый танец" пар атомов в узлах оптической решетки. Изображение с сайта НИСТ.

Ученым удалось разработать систему, в которой тысячи пар атомов, находящиеся в узлах оптической решетки, одновременно обмениваются спинами. Это может стать важным шагом на пути к созданию квантового компьютера, сообщается в пресс-релизе Национального института стандартов и технологий (НИСТ) США.

Принцип работы квантового компьютера базируется на уникальных свойствах микрочастиц, не имеющих аналогов в знакомом нам микромире. Так, например, параметр спин может принимать два значения (условно называемые 0 и 1), уникальность же состоит в том, что он может принимать их одновременно.

Благодаря этому свойству спинов в качестве единицы информации в квантовых компьютерах используются так называемые кубиты, которые в отличие от обычного бита могут принимать не только два значения 0 и 1, но и эти два значения одновременно. Таким образом, система из N кубитов может обрабатывать 2N значений одновременно, поэтому потенциал квантовых компьютеров значительно превосходит возможности современных ЭВМ.

Элементами архитектуры квантового компьютера (как и обычного) являются логические вентили. Обратимый вентиль (SWAP gate) обеспечивает обмен состояниями в паре кубитов (если первый атом имел спин 0, а второй — спин 1, то первый получил спин 1, а второй — спин 0). В полуобратимом вентиле (half-SWAP gate), который еще никому не удалось создать, этот процесс останавливается на середине: оба атома имеют одновременно спин 0 и 1 (то есть находятся в неопределенном состоянии), имеет место так называемая "запутанность" (entanglement). Даже если два запутанных атома физически разделить, то информационная связь между ними все равно сохраняется: если мы определим спин одного, то мы автоматически узнаем спин другого.

Группа специалистов из Мэрилэндского университета и из НИСТ, которой руководил нобелевский лауреат Уильям Филлипс (William Phillips), занималась операцией обмена спинами. При помощи лазера они разместили в узлах двух оптических решеток атомы рубидия. В начале опыта все атомы имеют одинаковый спин. Затем под воздействием радиоволн спин атомов в одной из решеток изменяется на противоположный. Затем решетки совмещаются так, чтобы в каждой ячейке оказалась пара атомов. Далее по законам квантовой механики начинается колебательный процесс: атомы в каждой ячейке обмениваются спинами и вся система поочередно принимает значения 0 и 1 с периодичностью примерно 0,4 миллисекунды.

Созданная система работает как обратимый вентиль. Создать полуобратимый вентиль ученым пока не удалось: для этого необходимо разделить атомы в момент обмена спинами, пока они находятся в запутанном состоянии. Сейчас группа Филлипса работает над этой задачей.

Обсудить
Наука и техника00:0117 ноября

Пробила дно

Планета-пришелец расколола Землю и сдвинула континенты
Дональд ТрампСвоих не бросаем
План Трампа: спасти богатых и сэкономить на бедных
Валентин Тимаков«Дальний Восток — дорога к рынку АТР»
Валентин Тимаков — о дефиците рабочих в ДФО и пользе «Дальневосточного гектара»
Эффективное решение
Эксперты посчитали, что Парижское соглашение можно выполнить с выгодой для РФ
«Мафия не только убивает. Она проникла в науку»
Перевернувший математику ученый уронил Запад, но успел потратить миллионы
Пробила дно
Планета-пришелец расколола Землю и сдвинула континенты
Фабрика клонов
Лучшие смартфоны года: от Galaxy S8 до iPhone X
«Караваны русов доходили до Багдада»
Украинский историк про Русь с маленькой буквы
«Евреи забили гвоздь в голову русскому человеку»
Шпионы КГБ обвиняли советских рокеров в победе мирового сионизма
Есть почитать че?
Библиотека как мир, гуки и геи в беде, сразу два Линча: топовый артхаус на 2A17
«Все хорошо, но раздели-то их зачем?»
Голые европейцы и другие достоинства современного театра
Не считая Чубакки
«Последние джедаи» наконец вдохнули жизнь в возрожденные «Звездные войны»
Poloвинка
Поездка на передней части будущего седана VW Polo для России
Чудо-Judo
Вспоминаем молодежный трансформер Nissan Judo, о котором все забыли
8 лимузинов, появление на свет которых сложно оправдать
Большие, длинные и чрезвычайно бесполезные
Погружение в кирпич
Мы посидели в новом «Гелике» и не узнали его. А потом вылезли – и узнали
«Меня не убили, просто развели»
Россиянка влюбилась по уши и лишилась жилья
Что-то встало за окном
Строения, вызывающие самые пошлые ассоциации
Его ворсейшество
Бессмертные ковры возвращаются на стены российских квартир
С собой не увезешь
Как живут российские олигархи за границей