Двом незалежним групам фізиків - з Національного інституту стандартів і технологій США і з університету Інсбрука в Австрії - вдалося вперше реалізувати телепортацію квантового стану іонів. Їх досягнення може стати важливим кроком на шляху до створення квантових комп'ютерів і інших пристроїв обробки і передачі квантової інформації.
Сучасна телепортація НЕ дюжая гра розуму: дослідження в цій області мають найважливіше прикладне значення для створення принципово нового покоління квантових комп'ютерів незмірно більш високої потужності, ніж нинішні. Інформація буде передаватися в них описаним чином і стане вимірюватися не в бітах, а кубітах.
Засмучений читачів з приводу неможливості миттєвих подорожей в далекі краї можемо заспокоїти. Крім описаний вище телепортації, існує ще так звана діркова телепортація, коли об'єкт провалюється в інший вимір.
Така телепортація вже цілком підходить для нас, чоловіків. Але щодо цього предмета не тільки експериментів, а й теорії навіть переконливою поки не створено. Одні неясні здогади.
Трохи теорії для допитливих про квантових комп'ютерах
Як відомо, головною перешкодою на шляху створення квантових комп'ютерів є швидке руйнування ніжною квантової інформації зовнішнім шумом. Одиниця квантової інформації кубіт, здатна представляти або логічний нуль, або одиницю, або те й інше одночасно, реалізується у вигляді квантового стану фотона, атома, іона або інший мікрочастинки. Це базовий блок квантового комп'ютера. Поки в наукових лабораторіях удалость провести квантові обчислення лише для кількох кубітів, чого, зрозуміло, недостатньо для практичних розрахунків. І чим більше кубітів в квантовому комп'ютері, тим швидше руйнується інформація.
Щоб обійти ці труднощі, Нілл запропонував організувати все кубіти квантового комп'ютера в просту пірамідальну структуру з невеликих блоків кубітів. Квантові дані будуть переміщуватися з рівня на рівень і постійно перевірятися на цілісність. При такій ієрархічній структурі комп'ютера обчислення можна буде проводити, навіть якщо ймовірність помилки одного кубіта за час розрахунків становить три відсотки. А цей рівень вже досягнутий в експериментах на іонних квантових комп'ютерах. Немає проблем і з телепортацией квантової інформації.
Сьогодні, щоб забезпечити надійну роботу всього пари кубітів, потрібно буде створити три рівні ієрархії і оперувати з 36 кубитами тільки на нижньому рівні. Однак це все ж краще, ніж нічого. І баланс між надмірністю і надійністю обчислень в схемі Нілла помітно краще, ніж при інших підходах. Тим більше що вимоги до надмірності архітектури комп'ютера можуть бути значно знижені при зменшенні рівня помилок.
Односпрямований квантовий комп'ютер принципово відрізняється від звичайного квантового комп'ютера і навіть змушує вчених переосмислити саму концепцію квантових обчислень. У звичайному квантовому комп'ютері спочатку готуються початкові квантові стану кубітів, потім алгоритм обчислень реалізується шляхом послідовності оборотних в часі маніпуляцій з станами кубітів, а результат обчислень вимірюється. Саме здійснення оборотних маніпуляцій, тобто "змішування" станів кубітів, які легко руйнуються будь-яким шумом, і викликає основні труднощі.
В однобічному квантовому комп'ютері кластер з квантових частинок спочатку готується в сильно "переплутав" стані, а алгоритм квантових обчислень зводиться до послідовності необоротних вимірів станів кубітів.
Незворотність обчислень, які набагато менше псуються шумом, і змушує називати такий комп'ютер односпрямованим. Теоретики показали, що односпрямованим способом можна реалізувати алгоритм пошуку Гровера (Grover), а до нього, як відомо, можна звести всі інші "непідйомні" алгоритми, які вирішуються на звичайному комп'ютері лише прямим перебором всіх варіантів відповіді. В експерименті було споруджено односпрямований комп'ютер на чотирьох кубітах, фізично реалізованих станами поляризації чотирьох фотонів. Експериментальна установка являє собою складну комбінацію імпульсних лазерів, поляризаційних фільтрів, нелінійних оптичних кристалів і фотоприймачів. Чотири фотона були приготовлені в "переплутав" квантовому стані, а потім ряд вимірювань їх поляризації дозволив успішно виконати алгоритм Гровера. Зрозуміло, чотири кубіта - це небагато, але на даному етапі найважливіше експериментальне підтвердження концепції.
Поки порівняно молодий напрямок односпрямованих квантових обчислень розвинене слабше традиційного. Однак саме з ним ряд фахівців пов'язує великі надії на створення в доступному для огляду майбутньому квантових комп'ютерів для практичних обчислень. Чи вдасться це вченим, сказати важко, але, судячи з того, що постійно пропонуються нові рішення старих проблем, їх надії аж ніяк не безпідставні.
За матеріалами газети Annons (для російськомовних в Німеччині). Надіслала ELEM. Computerra, Nature і т.п.