Квантовый чип разделил вычисления и память
Исследователи из ETH Zurich представили инновационный чип, который впервые применил принцип разделения вычисления и хранения информации к квантовым системам. Находка, опубликованная в журнале Science, может кардинально изменить подход к разработке квантовых компьютеров будущего.
Принцип работы новой архитектуры
В современных квантовых системах одни и те же физические элементы отвечают одновременно за вычисления и за сохранение данных. Такой подход значительно затрудняет увеличение мощности оборудования и добавление новых компонентов.
Команда ETH Zurich позаимствовала классическую схему работы обычных компьютеров: центральный процессор выполняет вычисления, а оперативная память отвечает за временное хранение информации. В квантовом чипе сверхпроводящий кубит занимается обработкой нелинейных операций, а механические резонаторы удерживают квантовые состояния.
Новая система обладает несколькими существенными преимуществами. Механические резонаторы размещают множество отдельных вибрационных мод на минимальной площади — значительно компактнее, чем электромагнитные аналоги. При этом вибрационные моды способны сохранять квантовые состояния в течение длительного времени, необходимого для выполнения последовательных команд без потери когерентности.
Размеры чипа составляют примерно 7,5 мм в длину, 2,5 мм в ширину и 1 мм в высоту.
Практическое тестирование и будущее технологии
Ученые доказали практическую применимость своей разработки, выполнив на экспериментальном чипе две фундаментальные процедуры: квантовое преобразование Фурье и алгоритм поиска периода. Эксперимент подтвердил возможность точного управления фазовыми операциями и безошибочного обмена данными между процессором и различными режимами механической памяти.
По мнению соавтора исследования Игоря Кладарича, квантовое преобразование Фурье служит основным компонентом большинства сложных квантовых алгоритмов. Успешное выполнение алгоритма нахождения периода наглядно демонстрирует практический потенциал разработанной системы.
Хотя перед нами пока концептуальный прототип, он открывает дорогу к созданию более компактных и производительных квантовых вычислительных систем. Главная задача для разработчиков — масштабирование технологии за счет увеличения количества управляемых мод и снижения уровня ошибок при расширении архитектуры.
