Очередной шаг навстречу квантовым компьютерам: осуществлена телепортация внутри компьютерного чипа

Производительность микропроцессоров определяется в первую очередь количеством интегрированных в них транзисторов, а оно, свою очередь, зависит от их размеров — чем меньше транзисторы, тем большее их количество может быть «напечатано» на кремниевой пластине компьютерного чипа. Так, современный уровень технологий позволяет создавать 22-нанометровые транзисторы, со временем их размеры планируется уменьшить до 14, 10 и даже 5 нанометров. Но, к сожалению, это не может продолжаться до бесконечности. Дело в том, что на таких микроскопических масштабах структуры становятся нестабильными и начинают действовать законы квантовой физики. И пожалуй самым перспективным способом решения этой проблемы являются квантовые компьютеры. Информация в таких компьютерах хранится в виде набора квантовых состояний, а ее передача осуществляется путем квантовой телепортации.

Идеи о квантовых компьютерах высказывались больше тридцати лет назад, и с тех пор неоднократно предпринимались попытки создания работающих прототипов. Так, несколько лет назад с заявлением о создании квантового процессора выступила D-Wave Systems, и хотя ее заявление многие ученые расценивали довольно скептически, в 2011 году многолетний контракт на покупку разрабатываемых ею квантовых компьютерных систем подписал не кто иной как Lockheed Martin — расположенная в США крупнейшая в мире компания ВПК, производящая в том числе космические ракеты. Правда, квантовый компьютер D-Wave свое превосходство над обычными демонстрирует при решении довольно узкого класса задач, таких как дискретная оптимизация. Стоит такой компьютер 11 млн. долларов.

И вот на днях в журнале Nature было опубликовано сообщение исследовательской группы Швейцарской высшей технической школы Цюриха об очередном серьезном успехе в этой области — впервые исследователи телепортировали информацию внутри твердотельной цепи, подобной компьютерному чипу. Передача была произведена на расстоянии около 6 мм со скоростью 10,000 кубитов (т.е. единиц квантовой информации) в секунду.

Исследователи разместили на компьютерном чипе размером 7х7 мм три микронные электронные цепи. Две из них работали как передающий механизм, в то время как третья служила приемником. Ученые охладили чип почти до абсолютного нуля и пропустили через цепи ток. При такой низкой температуре и небольших размерах электроны в цепи, представляющие собой кубиты, начинают вести себя в соответствии с законами квантовой механики. Кубиты становятся перепутанными. Это означает, что они становятся связанными, делясь идентичными квантовыми состояниями, даже будучи удаленными друг от друга — кубиты в передающей цепи становятся перепутанными с кубитами приемной цепи. Исследовательская группа закодировала некую информацию в кубитах в передающих цепях, а затем замерила состояние кубитов в приемной цепи. То состояние кубитов, которое было в передатчике, тут же отразилось в приемной цепи. Т.е. была произведена телепортация информации.

Это отличается от способа передачи информации в обычных компьютерах, где электроны несут информацию по проводам или по воздуху через радиоволны. В данном же случае ни один кубит данных физически не перемещается – вместо этого информация исчезает в одном месте и появляется в другом.

Другие экспериментаторы тоже телепортировали квантовые биты и делали это на большие расстояния. Но они добивались лишь разовой телепортации, возможно в нескольких процентах случаев. Швейцарская же группа смогла телепортировать вплоть до 10,000 квантовых битов в секунду и добилась вполне стабильной работы. Полученные быстродействие и скорость достаточны для построения реального компьютера. «По существу мы можем запустить телепортацию каждый раз простым нажатием кнопки», заявил руководитель данного исследования.

С использованием материалов Discovery News