Business Wire

Фанаты технологии, инвесторы, IT промышленники и исследователи всех сортов в нетерпении ожидают, когда же наука квантовых вычислений наконец создаст практически применимую технологию. Физики из Института квантовой оптики Макса Планка (MPQ) недавно опубликовали материалы исследования, которое, по их мнению, сделало этот важный день значительно ближе.

В течение многих лет физики мечтали создать информационную сеть, намного превосходящую современные, при помощи квантовой технологии. Команде немецких исследователей удалось сконструировать первый важнейший компонент такой сети: канал между двумя атомными нодами, через который информация может быть получена, передана, и сохранена при помощи единственного фотона. Успешный обмен информацией был недавно осуществлён в Гаршинге, Германия, между двумя лабораториями MPQ, соединёнными шестидесятиметровым оптоволоконным кабелем.

Несмотря на то, что это пока всего лишь прототип, этот рудиментарный канал может быть масштабирован в более мощные и разнесённые сети. Команда опубликовала данные о своём исследовании в журнале Nature.

Идея квантовых вычислений была впервые предложена физиком Ричардом Фейнманом в 1982 году. Суть её заключается в том, что важнейший элемент классических компьютерных вычислений, бит, двоичен. Как световой переключатель, он либо включен, либо выключен, то есть представляет собой либо единицу, либо ноль. Квантовый бит в отличие от него, может быть единицей, нулём, или комбинацией обоих состояний – это состояние примерно похоже на состояние подброшенной монеты, которая пока ещё крутится в воздухе.

Полезность этого третьего состояния на первый взгляд кажется скорее сомнительной, чем реальной, но на самом деле, оно создаёт возможность нового представления информации. В то время как триллион классических битов может содержать в себе всего  2⁴³дискретных значений «ноль-единица», всего лишь 200 квантовых битов (или кубитов), могут содержать, по меньшей мере, 2²⁰⁰дискретных значений. Эта новая информационная ёмкость позволит будущим компьютерам выполнять вычисления с практически немыслимой скоростью, и решать проблемы, которые на сегодняшний день являются неразрешимыми. Перечень технологических применений квантовых компьютеров слишком велик, чтобы его приводить, и это является одной из причин всеобщего возбуждения в во всём, что касается этой сферы.

Более того, это возбуждение переживает невиданный всплеск на протяжении последних пяти лет. Квантовые вычисления были теоретически разработаны ещё тридцать лет назад, и множество физиков с тех пор были заняты исследованием и предложением новых квантовых алгоритмов, новых носителей информации (таких например как алмазы), криптографических техник, уникальных логических схем, и многих других применений квантовой технологии. И всё это для компьютера, который пока ещё даже не существует.

Но последние разработки заставляют думать, что появление такого компьютера ближе, чем многие думали. Это было ключевым моментов недавней статьи, опубликованной в New York Times, в которой рассказывается о новых усовершенствованиях, которые были сделаны IBM в системе квантовых вычислений – конкретно, исследователи IBM смогли ускорить вычисления и увеличить продолжительность жизни отдельных кубитов, которые имели тенденцию быть нестабильными. Это обычно является хорошим знаком для инновационной технологии, когда научно-исследовательское крыло крупной технической компании, которая склонна быть крайне консервативной в своих инвестициях времени и ресурсов, выражает оптимизм относительно применения данной конкретной технологии.

Команде же MPQ удалось разработать, возможно, одну из самых важных и гибких форм этой технологии. Она включает в себя два отдельных атома рубидия в качестве нодов информационной сети. Кубит информации, сохранённый как квантовое состояние одного из этих атомов, может быть передан с помощью излучаемого фотона – который несёт один квант информации – и поглощён другим атомом рубидия. С помощью витого оптоволоконного кабеля информация может быть передана, получена, и сохранена. Вдобавок ко всему, процесс полностью обратим.

Отправить, прочитать, записать, сохранить. Ключевые функции сетевых вычислений теперь могут быть продемонстрированы на системе всего лишь из двух атомов.

Для повышения шансов взаимодействия между фотонами и атомами рубидия, которое обычно не происходит почти никогда, физики разработали особые «оптические пустоты», системы зеркальных карманов, которые направляют и перенаправляют фотоны сквозь рубидий.

Этот эксперимент также демонстрирует возможности одной действительно удивительной вещи из сферы квантового исчисления: сопряжения. Квантовое сопряжение возникает, когда частицы взаимодействуют на физическом уровне, возникает корреляция их квантовых состояний, и затем они разъединяются. Результатом этого является то, что манипуляции или измерения (что на квантовом уровне одно и то же) с одним квантовым состоянием влияют на другое. Поскольку они «сопряжены». К примеру, измерение спина частицы А как направленного по часовой стрелке, спонтанно закручивает спин частицы Б против часовой стрелки, независимо от того, находится ли частица Б на расстоянии шести метров, шести километров, или шести световых лет. Расстояние между двумя частицами не играет никакой роли. Если подобное явление кажется вам сбивающим с толку – то вы в этом не одиноки. Альберт Эйнштейн, который никогда до конца не принимал капризную природу квантовой физики, однажды назвал этот феномен «SpukhafteFernwirkung» или «работой привидений».

Невозможно себе представить число применений квантового компьютера, состоящего всего из нескольких сотен кубитов, не говоря уже о возможностях технологий, произрастающих из феномена квантового сопряжения – концепции, которая для многих физиков до сих пор является загадочной. Команда MPQ открыто признаёт, что их прототип может быть значительно улучшен (текущий процент успеха для передачи квантовых состояний их системы составляет 0.2 процента). Но примите во внимание прогресс, достигнутый с 1982 года, когда квантовые вычисления были всего лишь идеей, а отнюдь не элегантным экспериментом по передаче данных между двумя удалёнными немецкими лабораториями.

Cowanchee, MixedNews