HighTech Впервые австралийские инженеры показали, что способны написать и использовать квантовую версию компьютерного кода на кремниевом чипе. Это было совершено путем сверхточного запутывания двух квантовых битов и означает, что теперь разработка сверхмощных компьютеров будущего стала возможной.
Инженеры кодируют обычные компьютеры с помощью традиционной двухбитной системы, где биты обозначаются цифрами 0 и 1. Вместе два бита формируют кодовые слова, которые могут быть использованы для программирования сложных наборов команд. Однако в квантовом языке программирования биты способны находиться в суперпозиции, что означает, что они могут обозначаться цифрами 0 и 1 одновременно. Это открывает доступ к гораздо более мощному языку программирования, но до сих пор исследователям не удавалось выяснить, как его написать.
Ученые из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии показали, что способны сделать это даже на кремниевых чипах, схожих с теми, что используются в современных компьютерах. Это значит, что данная технология быстро и без особого труда войдет в нашу жизнь.
Но как именно пишется квантовый код? Все благодаря явлению квантовой запутанности. Взаимосвязь двух частиц обычно означает, что измерение одной из них немедленно повлечет за собой изменения состояния второй частицы, даже если она находится за тысячу километров от первой.
«Над этим явлением ломали головы величайшие ученые, включая Альберта Эйнштейна, который назвал ее «призрачным действием на расстоянии»,– сказал ведущий исследователь Андреа Морелло из Центра квантовых вычислений коммуникационных технологий UNSW – «Эйнштейн скептично относился к явлению квантовой запутанности, противоречащему принципу близкодействия, согласно которому на объект влияет только его непосредственное окружение.
Но явление запутанности демонстрировали снова и снова с помощью эксперимента Белла, нарушающего принцип неравенства Белла. В целом принцип неравенства Белла ограничивает взаимосвязь, возможную между двумя привычными битами, тогда как все сверх этого должно быть квантово запутанно.
«Очень важно, что эксперимент Белла не прощает ошибок: любые оплошности в подготовке, проведении и считывании протокола приведут к провалу эксперимента»,– сказал один из исследователей Хуан Пабло Дихолейн – «Тем не менее, мы справились с экспериментом, боле того, мы провели его с самым лучшим результатом.
В этом эксперименте исследователи запутали электрон и ядро единичного атома фосфора, который был помещен в кремниевый микрочип. Таким образом ученые добились того, что состояние электрона полностью зависело от состояния ядра атома.
Это означало, что исследователи расширили возможности обычного двоичного кода, в котором привычные биты создают четыре возможные комбинации (00,01,10 или 11). Теперь они способны создавать более широкий набор кодовых слов с помощью двух запутанных битов, например 00+11, 00-11, 01+10 или 01-10.
«В каком-то смысле, в этом и заключается причина того, почему квантовые компьютеры могут быть намного мощнее. Это позволяет нам с тем же количеством битов писать код, содержащий намного большее число слов, что позволит нам использовать дополнительные слова для запуска различных алгоритмов, достигающих результата в меньшее количество шагов»,– прокомментировала Стефани Симмонс.
Следующим шагом команды станет запутывание большего количества частиц и создание более сложного квантового кодового слова, чтобы приступить к разработке целого квантового компьютера. Все остальное готово, во многом благодаря другой команде ученых из UNSW, которая построила первую логическую кремниевую схему. Материал крайне важен, так как он сильно связан с программированием компьютеров.
«Сейчас мы, вне всякого сомнения, можем написать этот код внутри устройства, похожего на кремниевый чип вашего ноутбука или мобильного телефона. Это настоящий триумф электронной инженерии»,– сказал Морелло.