Что такое квантовые вычисления?

Квантовые вычисления представляют собой новый технологический рубеж, который использует законы квантовой механики для решения сложных задач, далеко выходящих за рамки возможностей обычных компьютеров. В отличие от традиционных компьютеров, которые используют биты для хранения информации в виде 0 и 1, квантовые компьютеры используют кубиты (или квантовые биты). Они могут существовать в нескольких состояниях одновременно благодаря явлению, называемому суперпозицией. Эта способность позволяет им обрабатывать огромное количество информации одновременно.

Более того, благодаря квантовой запутанности отдельные кубиты могут быть скоррелированы таким образом, что изменение состояния одного кубита мгновенно отражается на состоянии другого, независимо от расстояния, разделяющего их. Благодаря этим свойствам квантовые компьютеры теоретически способны решать определенные задачи в геометрической прогрессии быстрее, чем лучшие современные суперкомпьютеры.

Квантовые компьютеры могут произвести революцию в таких областях, как криптография, моделирование материалов, искусственный интеллект и многих других. Например, в криптографии квантовые компьютеры смогут взламывать существующие коды за рекордно короткое время. Поэтому потребуются новые методы защиты данных. В фармацевтических исследованиях они смогут моделировать сложные молекулы, чтобы ускорить разработку лекарств.

Технологический прорыв Oxford Ionics

В основе этой технологии лежат квантовые чипы — «мозги» квантовых компьютеров. Представьте себе небольшую пластину полупроводникового материала, на которой вытравлены электронные схемы. Эти схемы отвечают за обработку информации и вычисления.

Основная проблема при производстве квантовых чипов — стабильное и надежное управление кубитами. Кубиты чрезвычайно чувствительны к внешним возмущениям, что делает их сложными для манипулирования. Одной из наиболее перспективных технологий управления кубитами является технология захвата ионов в ловушку.

Технология захвата ионов в ловушку предполагает использование электромагнитных полей для удержания ионов (заряженных атомов) в небольшой области пространства. Затем этими ионами манипулируют с помощью лазеров для выполнения квантовых операций. Хотя этот метод обеспечивает высокую стабильность и точность квантования, он ограничен своей сложностью и высокой стоимостью, не в последнюю очередь из-за необходимого лазерного оборудования.

Недавно компания Oxford Ionics объявила о крупном прорыве в этой области, который вызвал большой интерес в мире науки и техники. Компания разработала квантовый чип, используя инновационный, меняющий ход событий подход. Вместо того чтобы использовать лазеры для управления ионами в ловушках, она интегрировала электронную систему управления непосредственно в сам чип. Такая интеграция позволяет регулировать состояние кубитов более просто и эффективно.

Устраняя необходимость во внешних лазерах, эта технология значительно снижает сложность и стоимость производства квантовых чипов. Кроме того, она использует стандартные процессы производства полупроводников, что делает массовое производство более доступным и жизнеспособным.

Рекордная производительность

Испытания показали, что чип Oxford Ionics достигает беспрецедентного уровня производительности. В квантовых вычислениях квантовые вентили — это эквивалент логических вентилей, используемых в классических вычислениях (например, вентили AND, OR, NOT). Они являются основными строительными блоками квантовых схем и используются для выполнения операций над кубитами.

Точность затвора — это мера точности, с которой квантовый затвор выполняет задуманную операцию. Она показывает, насколько реальная операция близка к идеальной теоретической операции. Высокая точность означает, что квантовые ворота работают почти идеально, с очень малым количеством ошибок. В данном случае чип обеспечил бы точность работы одноквантовых ворот на уровне 99,9992 %. Это означает, что при выполнении операции над одним кубитом вероятность того, что операция будет выполнена правильно, составляет 99,9992 %. Это чрезвычайно высокая точность, вероятность ошибки составляет всего 0,0008 %.

Чип также обеспечил бы точность двухкубитных ворот на уровне 99,97 % (в операции участвуют два кубита). Хотя этот показатель несколько ниже, чем у однокубитных, он все равно является поразительно точным, с вероятностью ошибки всего 0,03%.

Цель Oxford Ionics — сделать квантовую технологию пригодной для использования в практическом компьютере к 2027 году. Это амбициозная задача, но текущие достижения показывают ощутимый потенциал для ее решения.