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俄罗斯成功推出超导材料量子计算机的首个原型

2019-11-26 13:12:10 来源:

-NUST MISIS的科学家成功推出了俄罗斯的第一台量子计算机原型机。在两个量子位上工作的设备执行了特定的量子算法,超出了先前已知的精度极限3%。超导材料被用作量子比特的基础。

自2016年以来,在俄罗斯高级研究项目基金会框架内创建量子计算机的工作已在NISU MISIS 的大学超导超材料实验室首席研究员Valery Ryazanov的监督下进行。该设计涉及使用超导材料作为量子位的基础。

量子位(量子位)是量子计算机的“心脏”,它是普通PC的位的模拟物,但是要先进得多。如果PC“思考”并计数为零和一,即信息的每一位都可以编码为“ 0”或“ 1”,则量子位具有所谓的叠加特性,即在两个州同时进行。这开辟了广阔的前景,因为有了这样的计算资源,量子计算机将能够大大超过最强大的计算设备。

基于超导材料的量子计算机是比同类计算机更先进的系统。例如,其他科学团队正在开发单个原子(由于大小可忽略,可能会“丢失”)和离子(它们只能线性排列,这在物理上不方便)上的量子位。NUST MISIS创建的量子位由铝制成,大小为300微米。它们不能被“丢失”,并且可以非线性地对其进行排序。

在实验过程中,一个两量子位的量子计算机解决了格罗弗的量子算法。理想情况下,由于叠加,量子计算机可以在一次调用函数f(x)的过程中以100%的概率找到正确的值x。

“格罗弗(Grover)的两比特算法是创建量子计算机的重要一步。我们不是世界上第一个演示其解决方案的人,但是这里我们主要谈论技术成就。我们已经展示了实现所有必要条件的可能性对于通用量子处理器逻辑运算:初始化,单量子比特和双量子位操作,阅读,并与innacuracy水平小算法满意,” 说伊利亚Besedin,在实验室超导超材料工程师,该项目的一个参加者。

创建有用的量子处理器的最大困难是错误。不同于可以工作多年并始终产生可再现和可预测的结果的常规计算机,量子计算机受到噪声的影响,从而使计算结果失真。尽管NUST MISIS创建的两比特处理器太小了,无法解决应用问题,但它成功地“克服”了正确答案概率为50%的门槛,达到了53%。

整个算法包括初始化两个量子位,四个单量子位操作,两个两个量子位操作以及读取两个量子位。其中任何一个的错误都会降低正确答案的可能性。

鲍曼莫斯科国立技术大学制造了用于量子计算机的芯片。算法的设计和设备的启动是在NUST MISIS进行的,该实验室在超导超材料实验室中建造了一套带有低温恒温器的独特设备,从而允许在-273.14摄氏度的极低温度下操作,该温度接近绝对零度。

Ilya Besedin补充说:“尽管如此,我们还有很长的路要走。” 最近,尚未正式发表的Google文章在媒体上发表,称Google设法在53量子位超导量子处理器上实现“量子优势”算法。对于量子计算机,“量子优势”任务是最有利的任务,这在经典计算机上很难完成。而且,如果我们仍能克服“经典”限制,那么Google的结果已经更接近实际了:他们能够制定并解决其处理器可以在几分钟内完成的任务,而功能强大的超级计算机已经成为现实。经过数周的测试。”

即便如此,Google仍无法使量子计算机比传统计算机更有效地解决一些实际有用的任务。但是,有关量子计算机的计算优势的理论预测已通过实验得到证实。

创建有用的量子计算机的下一个重要步骤是将“有用的”量子算法缩减到几十个量子位版本的演示(例如,化学反应的模拟器或分子的基态)和量子的演示错误更正。顺便说一句,正是为了纠错,超导量子比特才是最合适的:它们可以组织成具有局部相互作用和平行门的二维晶格,这对于“表面代码”是必需的,这在要求和准确性方面最简单操作。

“我们也想朝这个方向发展,但是从我的观点来看,在量子计算中,我们不仅应该“更多”,而且应该“更好”:我们现在使用的超导量子比特非常昂贵,并且需要我认为,在做成千上万个量子比特之前,我需要在最基本的单位qubit 上进行工作,” Ilya Besedin总结道。

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