Квантовый компьютер работает на принципах квантовой механики — законах, характерных только для частиц атомного и субатомного масштаба. На этом уровне перестает работать классическая физика и наблюдаются необычные эффекты. Такой компьютер способен выполнять сложные вычисления, разлагать чрезвычайно большие числа и моделировать поведение атомов и частиц с высокой детализацией и скоростью.
Квантовые компьютеры отличаются от обычных прежде всего тем, что для передачи информации они используют не биты, как обычные вычислительные устройства, а кубиты. Они могут принимать не только значения «0» и «1», но и суперпозицию этих двух состояний. Именно это свойство кубитов делает квантовый компьютер перспективным вычислительным устройством. Однако, как и обычные компьютеры, квантовые также нуждаются в способе передачи информации между кубитами, и это представляет собой серьезную экспериментальную проблему.
Основная сложность заключается в защите от ошибок. В обычных вычислительных устройствах это позволяет сделать простое копирование состояний битов. Поэтому, если один из битов вдруг ошибается, другие извлекают из памяти его копию и работают дальше. Но кубиты нельзя скопировать. К счастью, в квантовом компьютере есть другой способ исправления ошибок. Однако для этого нужно, чтобы один кубит взаимодействовал с несколькими соседями.
Чтобы осуществить это, исследователи из Рочестерского университета и Университета Пердью воспользовались квантовыми свойствами электронов. А именно — принципом Паули, согласно которому в атоме не может быть двух и более электронов, находящихся в одном и том же квантовом состоянии. В данном случае ученых интересовала только одна характеристика этих элементарных частиц — их собственный момент вращения, или спин.
Исследователи показали, что, если два электрона с разными спинами достаточно хорошо сблизить, с ними могут происходить интересные превращения. Например, направление их спинов может меняться во времени одновременно. То есть фактически второй электрон становится точной копией первого, а первый — второго. Чтобы сделать это, ученые охладили полупроводниковый чип до чрезвычайно низких температур. Используя квантовые точки — наноразмерные полупроводники, — они захватили четыре электрона подряд, затем переместили их так, чтобы они начали контактировать и их состояния переключились.
По словам ученых, передача состояния электрона без изменения его фактического положения открывает большие перспективы в совершенствовании квантовых компьютеров.
Стоит отметить, что в мире вовсю идет гонка по разработке квантового компьютера. Пока лидерство в ней удерживает компания Google. На днях она создала самый мощный квантовый компьютер, а похожие аналоги существенно проигрывают ему.
Многие считают, что создание квантового компьютера представляет опасность криптовалютам. Однако криптограф Питер Тодд считает, что квантовый компьютер Google не угрожает биткоину.
Тем временем IBM собирается запустить квантовый компьютер уже в следующем месяце.
