Найдены природные ограничения для квантовых компьютеров

Четверг, 27 августа 2020 г.

Следите за нами в ВКонтакте, Facebook'e и Twitter'e

Ученые из MIT доказали, что естественный радиационный фон планеты может нарушить рабочее состояние элементарной ячейки квантового компьютера, в котором она производит вычисления.

Эффективность квантовых вычислений зависит от того, как долго элементарная ячейка для хранения информации — квантовый кубит — может продержаться в особом состоянии квантовой суперпозиции. Кубит способен находиться в двух противоположных состояниях по очереди, а может, согласно непривычным для нас принципам квантовой механики, быть одновременно в обоих, что и называется когерентностью кубита или квантовой суперпозицией — по аналогии с когерентностью электромагнитных волн в классической физике. Пребывание сразу в двух состояниях позволяет производить параллельные вычисления и наращивать производительность компьютера.

Если состояние квантовой суперпозиции нарушается, иными словами, происходит декогеренция: кубит «выпадает» из процесса вычислений. К декогеренции приводит воздействие тепловых, электрических и магнитных полей, а также различного рода частиц. Разрушение квантовой суперпозиции похоже на детские крики летом во дворе в момент, когда человек пытается поймать хрупкое равновесие с внутренним «Я», медитируя на коврике. Проще говоря, декогеренция — это хаос неопределенности, обрывков информации, которые врываются в квантовую систему извне и неконтролируемым образом меняют ее состояние. В окружающую среду при этом попадает часть информации о квантовом объекте, как если бы медитирующий не сдержался и накричал на шумную детвору в окно.

Максимальное время пребывания кубита в состоянии суперпозиции увеличилось в 200 тысяч раз с 1999 года. Теперь это время составляет 200 миллионных долей секунды, что для квантового мира — довольно долго. Можно ли и дальше увеличивать длительность состояния суперпозиции, или в природе существуют ограничения? Ученые из Массачусетского технологического института и и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории обнаружили, что производительность кубита в скором времени перестанет расти. Причина тому — естественный радиационный фон планеты, безвредный для людей, но, как оказалось, губительный для квантовых систем будущего.

В исследовании, опубликованном журнале Nature, команда ученых измеряла влияние излучения на когерентность кубитов. Экспериментаторы взяли радиоактивный изотоп меди и расположили рядом с кубитами. Уровень радиации постепенно снижали до уровня естественного фона — лучей из космоса и частиц, вылетающих из бетонных стен. Из полученной зависимости было рассчитано максимальное время когерентности кубита: 4 миллисекунды, что всего в 20 раз больше достигнутого сейчас значения.

Учитывая скорость, с которой ученые совершенствуют кубиты, эта проблема может всплыть через считанные годы. Поэтому придется найти способы защитить кубиты от естественного фона. Один из вариантов — строительство квантовых компьютеров под землей.

Следите за нами в ВКонтакте, Facebook'e и Twitter'e


Просмотров: 199
Рубрика: Hi-Tech
(CY)

Архив новостей / Экспорт новостей

Ещё новости по теме:

RosInvest.Com не несет ответственности за опубликованные материалы и комментарии пользователей. Возрастной цензор 16+.

Ответственность за высказанные, размещённую информацию и оценки, в рамках проекта RosInvest.Com, лежит полностью на лицах опубликовавших эти материалы. Использование материалов, допускается со ссылкой на сайт RosInvest.Com.

Skype: rosinvest.com (Русский, English, Zhōng wén).

Архивы новостей за: 2018, 2017, 2016, 2015, 2014, 2013, 2012, 2011, 2010, 2009, 2008, 2007, 2006, 2005, 2004, 2003