Создана гибридная архитектура для фотонных квантовых компьютеров

Российские исследователи предложили объединить фотонные квантовые системы с традиционной электронной памятью, что ускорит создание более универсальных квантовых устройств, способных учитывать промежуточные результаты и продолжать вычисления на их основе. Это нововведение поможет решить множество значимых физических задач, как сообщила пресс-служба Российского квантового центра. Об этом сообщает издание ТАСС.

Квантовые вычисления обычно воспринимаются как последовательность заранее определённых операций, после выполнения которых осуществляется финальное измерение. Однако более адаптивная модель предполагает, что часть системы может быть измерена во время вычислений, и результаты могут быть использованы для дальнейшего управления процессом. Исследовательская группа РКЦ под руководством Евгения Киктенко рассмотрела, как можно реализовать такой подход в оптических системах с петлевой архитектурой.

Учёные пояснили, что многие сложные задачи квантовый компьютер не может решить за один шаг — ему необходимо проверить промежуточные результаты и решить, как поступить дальше: продолжить вычисление, повторить операцию или скорректировать состояние системы. Это побуждает исследователей разрабатывать методы, позволяющие вычислительным устройствам самостоятельно сбрасывать свои ячейки памяти и выполнять новые шаги вычислений.

Динамические схемы уже создаются на сверхпроводниковых квантовых процессорах, однако для фотонных квантовых компьютеров они ещё не были реализованы. Российские физики устранили этот пробел и разработали схему, позволяющую осуществлять многоэтапные квантовые вычисления на гибридных фотонных квантовых компьютерах. Ключевым элементом стало создание замкнутого маршрута для частиц света, что позволяет считывать и запоминать квантовое состояние фотонов после каждого шага вычислений.

Разработчики отметили, что данный подход не отменяет квантовую случайность, но помогает учитывать предыдущие состояния частиц, что снижает неопределённость замеров. В некоторых случаях без этой информации следующее измерение может дать пять различных результатов, а с учётом истории их количество уменьшается до двух. Расчёты учёных также показали, что системе достаточно хранить лишь несколько последних измерений, а не всю историю работы.

Практическая реализация данной схемы, как подчеркивают учёные, значительно расширит круг задач, которые можно будет решать с помощью гибридных квантовых компьютеров на фотонной платформе. В частности, предполагается, что таким образом можно будет решать сложные физические задачи, недоступные классическим компьютерам, а также проверить принцип Ландауэра — основной закон информатики, утверждающий, что при обработке любого бита информации обязательно выделяется тепловая энергия.