Физикам нужен квантовый компьютер размером с футбольное поле

Soccerfield quantum computer Использование предлагаемой системы может привести к прорыву в решении существующих проблем. Физики кратко изложили проект строительства квантового компьютера, используя существующие технологии, которых будет достаточно для решения существующих проблем, таких как факторинг больших чисел. По словам дизайнеров, подобная машина должна быть больше футбольного поля и стоить около 100 миллионов фунтов стерлингов (126 миллионов долларов). «Да, она должна быть большой, да, она должна быть дорогой, но она может быть построена прямо сейчас», - говорит квантовый физик Винфрид Хенсингер из Университета Сассекс, Великобритания, который возглавляет команду, опубликовавшую проект в Science Advances 1.02.2017. «Эта идея не является первым предложением создания квантового компьютера, которая ставит тяжелые технические проблемы», - говорит Андрея Морело, квантовый физик Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, Австралия. Но она замечательна своей амбициозностью и подходом. «Эта статья может считаться ориентиром и будет влиять на сообщество в течение многих лет».

«Пока это предложение оспаривается, я желаю, чтобы в квантовом сообществе думали также грандиозно», - соглашается Кристофер Монро, физик Университета Мэриленд в Колледж Парке.

Квантовая архитектура.

Квантовые компьютеры обещают эксплуатировать особые свойства квантовых частиц для осуществления вычислений быстрее, чем их классические аналоги. Группы ученых по всему миру соревнуются в их построении, но до сих пор большинство проектов останавливаются на использовании нескольких десятков кубитов. При это для осуществления действительно необходимых вычислений требуется вычисления на тысячах кубитов.

Команда Хенсингера предложила использовать ловушку ионов с использованием магнитного поля для создания своих кубитов – подход, над которым работают физики на протяжении последних 20 лет. По словам Монро, многие из компонентов, необходимых для построения компьютера с технологией пойманного в «ловушку» иона кубита уже продемонстрированы. «Наше сообщество нуждается в помощи системных инженеров для завершения строительства».

В проекте Хенсингера тысячи квадратные модули будут связаны вместе для производства (в теории) квантового компьютера любых размеров. Ключом для проектирования является то, как решить практические проблемы, например, охлаждение компьютера.

В каждом модуле около 2500 кубитов будут остановлены в магнитных полях, защищенных от вмешательства в их тонкие квантовые состояния. Для производства операций ионы взаимодействуют со своими соседями путем вращения на x-орбите подобно символам PacMan.

Скорость и масштаб.

Команда предлагает контролировать кубиты, используя поле микроволновой радиации через внутренние компоненты компьютера, что значительно больше, чем использовать индивидуальные лазеры для контроля каждого иона, что потребует большого инженерного сооружения. Для настройки одиночных кубитов необходимо применить локальное напряжение. Схема ученых предполагает использование жидкого азота для охлаждения системы.

Ионы сами по себе будут перелетать с чипа на чип для передачи информации между модулями. «Эта технология обеспечивает скорость передачи информации между чипами, в 100000 раз превосходящую системы, которые используют световые волны и оптоволокно для передачи сигналов», - говорит Хенсингер. Отдельные модули будут заменимы, построены на кремниевой основе, которая может быть произведена с использованием технологий, применяемых в обычной электронной промышленности.

Для нахождения основных факторов 2048 битного числа (число, состоящее из 617 цифр) не существует классического компьютера. Такой компьютер должен иметь 2 миллиарда ионов кубитов. «Понадобится около 110 дней для решения проблемы», - говорит Хенсингер. «Это позволит исследователям взломать лучшие на сегодняшний день алгоритмы шифрования».

Теоретические, только 4096 кубитов достаточно для производства таких вычислений, но необходимо 2 миллиарда ионов из-за большого количества ошибок существующих технологий построения квантовых компьютеров. «Но сокращение уровня, на котором кубиты генерируют ошибки, может существенно сократить размеры компьютера, достигнув размера большой комнаты», - говорит Хенсингер.

Большие технические проблемы до сих пор стоят на пути создания квантового компьютера. Например, создание сильного магнитного поля и осуществление точного контроля для управления кубитами. Но Хенсингер и его коллеги в настоящее время создают прототип по своему проекту в надежде продемонстрировать, что его планы действительно могут работать.

«Создание квантового компьютера является необычной инженерной задачей, которую все же стоить решать», - говорит Морело.

Назад

Не менее интересно