В России впервые измерили кубит

Лаборатория МИСиС

Ученые из Российского квантового центра (РКЦ) и Лаборатории сверхпроводящих метаматериалов МИСиС под руководством профессора Алексея Устинова впервые в России произвели измерение кубита.

В отличие от классических битов, способных принимать только значения ноль и один, кубит (квантовый бит) принимает бесконечное множество состояний, каждое из которых представляет собой «смесь» или суперпозицию двух основных (они тоже обозначаются 0 и 1). Суперпозиция задается парой комплексных чисел, каждое из которых характеризует вероятность обнаружения кубита в одном из двух основных состояний. 

Кубит в Лаборатории сверхпроводящих материалов был реализован в виде металлического кольца диаметром несколько микрон с разрезами, напыленного на полупроводниковую подложку. Кольцо было охлаждено смесью гелия-3 и гелия-4 до температур порядка нескольких десятков милликельвин — при такой температуре металл, из которого было выполнен кубит, находился в сверхпроводящем состоянии. Роль нуля и единицы исполнял ток, текущий по часовой и против часовой стрелки соответственно.

Процесс измерения кубита представлял собой пропускание через него микроволнового излучения с последующим измерением фазового сдвига этого излучения. В результате измерений было установлено, что полученная система действительно представляет собой кубит с двумя основными состояниями. Также была продемонстрирована принципиальная возможность кубита находиться в суперпозиции двух состояний одновременно.

По словам ученых, следующим этапом исследований станет манипулирование квантовым состоянием одного, а затем и нескольких кубитов. Подобные устройства могут быть использованы для создания так называемых квантовых компьютеров — вычислительных машин, работающих на принципах квантовой механики, отличных от детерминистской логики существующих компьютеров.

*

В России созданы предпосылки для построения квантового компьютера

Впервые в России создано устройство, реализующее квантовый бит — кубит, а также измерено его состояние, что необходимо для построения квантового компьютера, сообщила пресс-служба Российского квантового центра.

Реализация кубита и измерение его состояния — необходимый шаг для создания квантового компьютера. Это измерение было произведено в лаборатории университета МИСиС в рамках проекта, осуществленного совместно с научно-исследовательской организацией Российский квантовый центр (РКЦ). Исследованием руководил член научного совета РКЦ профессор Алексей Устинов.

На данный момент коммерческие поставки квантового компьютера в мире осуществляет только канадская компания D-Wave, так что Россия еще имеет шанс включиться в мировую индустрию создания квантовых компьютеров. Его эффективность до сих пор не доказана, но перспективы его применения изучают NASA, Google и другие организации. Теоретически квантовые компьютеры могут в разы ускорить расчет сложных систем и декодирование шифров.

Первое позволит создавать новые материалы и точно рассчитывать воздействие окружающих условий на них. Быстрое вскрытие шифров кардинально изменит текущую ситуацию, так как применяемые сейчас криптостойкие шифры для кодирования государственных секретов считаются абсолютно надежным. Для их вскрытия на существующих суперкомпьютерах требуется время, сравнимое со временем жизни Вселенной, однако квантовые компьютеры смогут их «разгадать» за считанные дни.

Если проводить параллели с современными компьютерами, Россия пока только осваивает элементную базу квантовых компьютеров, изобретает «квантовый транзистор» для построения «микросхем». Ученые МИСиС и РКЦ выбрали для реализации кубита колечки из сверхпроводника диаметром несколько микрон с нанометровыми разрывами в некоторых местах (их называют джозефсоновскими переходами). В точно рассчитанном слабом магнитном поле и при охлаждении до сверхнизкой температуры 20 милликельвинов (менее −273 градусов по Цельсию), они приобретают квантовые свойства. Российским ученым удалось измерить периодически изменяющийся с магнитным полем сигнал кубита и его резонансную частоту.

Главным отличие кубита от «классического» бита является возможность находиться не только в состоянии 1 или 0, но и в суперпозиции этих состояний. То есть элемент квантового компьютера одновременно может находиться и в состоянии 0, и в состоянии 1, причем вклад состояний 1 и 0 может меняться со временем. Российским ученым удалось измерить симметричную суперпозицию 0 и 1, следующая задача — приведение сверхпроводящего кубита в произвольно выбранное желаемое состояние.

В дальнейшим для создания квантового компьютера предстоит приводить кубиты в определенные исходные состояния, объединять их в запутанные системы (чем больше кубитов «спутаны», тем мощнее квантовый компьютер) и изолировать эти системы от влияния внешних помех, сообщает РКЦ. Кроме того, будет продолжен анализ наиболее эффективных базовых элементов для квантового компьютера.

 http://digit.ru/developme...t/20130701/402906469.html 

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.