Российские исследователи предложили интегрировать фотонную квантовую систему с обычной электронной памятью, что позволит ускорить создание более адаптивных квантовых устройств, способных учитывать промежуточные результаты и продолжать вычисления на их основе.
Создание таких устройств поможет решить множество значимых физических задач. «Традиционно квантовое вычисление воспринимается как последовательность заранее определенных операций, после которых происходит окончательное измерение. Однако более адаптивная модель подразумевает, что часть системы можно измерять уже в процессе вычисления и использовать полученные результаты для определения дальнейшего хода работы. Мы рассмотрели, как можно реализовать такой подход в оптических системах с петлевой архитектурой», — пояснил руководитель научной группы РКЦ Евгений Киктенко.
Как отмечают исследователи, многие сложные задачи квантовый компьютер не в состоянии решить за один этап — ему необходимо проверить промежуточный результат и решить, что делать дальше: продолжить вычисления, повторить операцию или скорректировать состояние системы. Это подталкивает ученых к разработке подходов, позволяющих вычислительному устройству самостоятельно сбрасывать свои ячейки памяти и выполнять новые шаги расчетов.
Подобные динамические схемы уже разрабатываются на сверхпроводниковых квантовых процессорах, однако для фотонных квантовых компьютеров они пока не были реализованы. Российские физики восполнили этот пробел и создали схему, позволяющую осуществлять многоэтапные квантовые вычисления на гибридных фотонных квантовых компьютерах. Ключевым моментом стало создание замкнутого маршрута для частиц света, что обеспечивает считывание и запоминание квантового состояния фотонов после выполнения очередного шага вычислений.
По словам разработчиков, такой подход не исключает квантовую случайность, но способствует тому, чтобы вычислительное устройство учитывало предыдущие состояния частиц, тем самым уменьшая неопределенность измерений. В частности, в некоторых случаях без этой информации следующее измерение может дать пять различных результатов, а с учетом истории их число уменьшается до двух. Проведенные учеными расчеты также показали, что системе достаточно хранить лишь несколько последних измерений, а не всю историю работы.
Реализация данной схемы на практике, как подчеркивают исследователи, значительно расширит спектр задач, которые будут доступны для решения при помощи гибридных квантовых компьютеров на фотонной платформе. В частности, ученые предполагают, что таким образом можно будет решать многие сложные физические задачи, недоступные классическим компьютерам, а также проверить принцип Ландауэра — основополагающий закон информатики, утверждающий, что при обработке любого бита информации обязательно выделяется тепловая энергия.
Фото: hi-tech.mail.ru