Квантовые компьютеры могут выполнять определенные задачи, которые не под силу даже самым мощным суперкомпьютерам в мире. Квантовые компьютеры могут выполнять определенные задачи, которые не под силу даже самым мощным суперкомпьютерам в мире. В будущем ученые предполагают использовать квантовые вычисления для эмуляции материальных систем, моделирования квантовой химии и решения сложных задач, что может оказать влияние на сферу финансов и фармацевтики. Однако для реализации этих перспектив необходимо надежное и масштабируемое оборудование. Одна из проблем при создании крупномасштабного квантового компьютера заключается в том, что исследователи должны найти эффективный способ соединения квантовых информационных узлов — более мелких вычислительных узлов, разделенных по всему компьютерному чипу. Поскольку квантовые компьютеры принципиально отличаются от классических, обычные методы, используемые для передачи электронной информации, применить не получится. Совершенно ясно одно: информация должна передаваться и приниматься, и не важно, через классический интерфейс или через квантовый. С этой целью исследователи Массачусетского технологического института разработали архитектуру квантовых компьютеров, которая обеспечит гибкую и высокоточную связь между сверхпроводниковыми квантовыми процессорами. В работе, опубликованной в журнале Nature Physics, исследователи MIT демонстрируют первый шаг — детерминированное высвобождение одиночных фотонов, носителей информации, в указанном пользователем направлении. Метод обеспечивает передачу квантовой информации в правильном направлении в течение 96% времени и более. Соединение нескольких таких модулей позволяет создать большую сеть квантовых процессоров, которые связаны друг с другом, независимо от их физического разделения на компьютерном чипе.
Каннан написал статью вместе с соавтором Азизой Альманакли, аспирантом по электротехнике и информатике в группе инженерных квантовых систем Исследовательской лаборатории электроники (RLE) Массачусетского технологического института. Старший автор — Уильям Д. Оливер, профессор электротехники и информатики и физики, научный сотрудник Лаборатории Линкольна МТИ, директор Центра квантовой инженерии и заместитель директора RLE. Передача квантовой информацииВ обычном классическом компьютере несколько компонентов выполняют различные функции, такие как память, вычисление и т.д. Электронная информация, закодированная и хранящаяся в виде битов (которые принимают значение 1 или 0), перемещается между этими компонентами с помощью межблочных соединений — проводов, по которым электроны перемещаются в процессоре компьютера. Однако квантовая информация кодируется иначе: она может быть одновременно и нулем, и единицей (явление, известное как суперпозиция). Кроме того, квантовую информацию могут переносить частицы света, называемые фотонами. Эти дополнительные сложности делают квантовую информацию неустойчивой, и ее нельзя просто передать с помощью обычных протоколов. Квантовая сеть связывает узлы обработки с помощью фотонов, проходящих через специальные соединения, называемые волноводами. Волновод может быть либо однонаправленным и перемещать фотон только влево или вправо, либо двунаправленным. В большинстве существующих архитектур используются однонаправленные волноводы, которые легче в реализации, поскольку в таком случае легко задается направление движения фотонов. Но раз каждый волновод перемещает фотоны только в одном направлении, то по мере расширения квантовой сети возникает необходимость в большем количестве волноводов, что делает этот подход трудно масштабируемым. Кроме того, однонаправленные волноводы обычно включают дополнительные компоненты для обеспечения направленности, что вносит погрешности в обмен данными.
Используя эту архитектуру, вдоль одного волновода могут быть расположены несколько модулей обработки. Примечательной особенностью архитектуры является то, что один и тот же модуль может использоваться и как передатчик, и как приемник. И фотоны могут отправляться и улавливаться любыми двумя модулями вдоль общего волновода.
Применение квантовых свойствДля достижения этой цели исследователи создали модуль, состоящий из четырех кубитов. Кубиты — это строительные блоки квантовых компьютеров, которые используются для хранения и обработки квантовой информации. Но кубиты также можно использовать в качестве излучателей фотонов. Если добавить энергию к кубиту, то это приведет к его возбуждению, а затем, когда кубит перестанет возбуждаться, он испустит энергию в виде фотона. Однако простое подключение одного кубита к волноводу не обеспечивает направленности. Одиночный кубит испускает фотон, но куда он направится — влево или вправо — совершенно неизвестно. Чтобы решить эту проблему, исследователи используют два кубита и свойство, известное как квантовая интерференция, для обеспечения правильного направления испускаемого фотона. Метод включает в себя подготовку двух кубитов в сцепленном состоянии одиночного возбуждения, называемом состоянием Белла. Это квантово-механическое состояние включает в себя возбуждение левого и правого кубита. Оба этих состояния существуют одновременно, но какой из кубитов возбужден именно сейчас, неизвестно. Когда кубиты находятся в этом сцепленном состоянии Белла, фотон эффективно выпускается в волновод в двух точках расположения кубитов одновременно, и эти два процесса мешают друг другу. В зависимости от относительной фазы в состоянии Белла, итоговый выброс фотона идет влево или вправо. Подготовив состояние Белла с правильной фазой, исследователи выбирают направление, в котором фотон проходит через волновод. Они могут использовать эту же технологию в обратном порядке, чтобы направить фотон в другой модуль.
Исследователи обнаружили, что их метод обеспечивает более чем 96% точность — это означает, что если они намеревались испустить фотон направо, то в 96% случаев он попадал в правую сторону. Теперь, когда ученые использовали эту методику для эффективного выпуска фотонов в определенном направлении, они намерены объединить несколько модулей и использовать этот процесс для выпуска и поглощения фотонов. Это станет важным шагом на пути к созданию модульной архитектуры, которая объединит множество процессоров меньшего размера в один более крупный и мощный квантовый процессор. 08.01.2023 |
Net&IT
Science: Аналоговые вычисления дают решать сложные уравнения и экономят энергию | |
Группа исследователей, включая инженеров Масса... |
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным | |
Если вам недавно было трудно понять, явля... |
Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений | |
Квантовые системы, используемые в квантов... |
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек | |
Еще один балл в пользу искусственного инт... |
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее | |
Несколько лет назад исследователи Массачу... |
Привыкнув доверять, люди не поймут, когда ИИ начнет манипулировать | |
Согласно обширному обзору, в настоящее вр... |
Умные серьги с низким энергопотреблением будут измерять температуру по мочке уха | |
Умные аксессуары становятся все более рас... |
Для борьбы с бешенством разработали приложение для распознавания собачьих морд | |
Новое приложение для распознавания собачь... |
Генеративный ИИ помогает ученым объяснить человеческую память и воображение | |
Последние достижения в области генеративн... |
Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам | |
Органические оптоэлектронные устройства, такие... |
ChatGPT перелопатил почти весь интернет, но пока не научился рассуждать | |
Языковые модели ИИ переживают бум. В ... |
Если сотрудникам скорой помощи поможет ИИ, они смогут спасать больше жизней | |
Чтобы определить, насколько серьезно пострадал... |
Беспроводная система отслеживания улучшит впечатления от расширенной реальности | |
Новая технология, разработанная инженерами Кал... |
PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить | |
Атанасиос С. Фокас рассматривает актуальный во... |
Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания | |
В новом исследовании, опубликованном 18 декабр... |
Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей | |
Искусственный интеллект, разработанный для&nbs... |
Разработан фреймворк ИИ для определения новых показаний к применению лекарств | |
Ученые из компании Klick Applied Sciences... |
Искусственный интеллект отлично справляется с имитацией, но не с инновациями | |
Системы искусственного интеллекта часто изобра... |
Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности | |
Ученые Рочестерского университета разработали ... |
Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта | |
Многофункциональные компьютерные чипы эволюцио... |
Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов» | |
Стартовал отборочный этап Международного техно... |
Наступает новая эра творческого партнерства в эпоху генеративного ИИ | |
Последние достижения в области генеративн... |
Ученые разрабатывают инструменты для использования ИИ в юридическом образовании | |
В то время как многие с опаской... |
Создан метод тонкой настройки модели ИИ на устройствах с ограниченными ресурсами | |
Персонализированные модели глубокого обучения ... |
Новая уязвимость процессора подвергает опасности виртуальные машины | |
В области облачных вычислений, то есть до... |
Разработан новый квантовый подход к безопасности облачных хранилищ данных | |
Распределенные облачные хранилища —... |
ACS Applied Energy Materials: Разработаны солнечные батареи для помещений | |
Так называемый Интернет вещей — от&... |
Ученые разработали энергоэффективный чип для искусственного интеллекта | |
Основная идея проста: в отличие от п... |
Patterns: Ученые выяснили, насколько этичным считают использование ИИ в мире | |
Для изучения глобального состояния этики ИИ&nb... |
ИИ помогает математикам находить закономерности | |
Применение машинного обучения для поиска ... |