في NUST "MISiS" ، تم إطلاق أول نموذج أولي للكمبيوتر الكمومي في روسيا. أجرى الجهاز على اثنين من وحدات البت خوارزمية كمية غروفر ، وهو ما يتجاوز حد الدقة المعروف سابقًا بنسبة 3٪. أخذت المواد فائقة التوصيل كأساس للبتات.
ناظم البرد لجهاز كمبيوتر الكم تجميعها في NUST "MISiS".تم تنفيذ العمل على إنشاء جهاز كمبيوتر الكم في إطار مشروع مؤسسة الأبحاث المتقدمة في NISU MISiS منذ عام 2016 تحت قيادة فاليري ريازانوف ، الزميل العلمي الرئيسي لمختبر المواد الفائقة الموصلة للجامعة. يتضمن التصميم استخدام مواد فائقة التوصيل كأساس للبتات.
Qubits (البتات الكمومية) - القوة
الحقيقية للكمبيوتر الكمومي ، وهو تناظرية لـ "البتات" لجهاز كمبيوتر عادي ، أكثر تقدمًا بكثير. إذا كان الكمبيوتر المألوف "يفكر" ويحسب على أنه أصفار وأخرى ، أي أنه يمكن تشفير كل جزء من المعلومات إما كـ "0" أو "1" ، عندئذ يكون للبتية خاصية ما يسمى بالتراكب ، والقدرة على أن تكون في كلتا الحالتين في وقت واحد. هذا يفتح آفاقًا هائلة ، لأنه مع مثل هذه الموارد الحاسوبية ، سيكون الكمبيوتر الكمومي قادرًا على تجاوز أقوى أجهزة الحوسبة بأوامر من حيث الحجم.
يعد الكمبيوتر الكمومي الذي يعتمد على مواد فائقة التوصيل نظامًا أكثر تقدماً مقارنةً بالتناظرية. على سبيل المثال ، تقوم فرق بحثية أخرى بتطوير وحدات البت في الذرات الفردية (والتي يمكن "ضياعها" بسبب حجم ضئيل) وعلى الأيونات (يمكن بناؤها خطيًا بشكل حصري ، وهو غير مريح جسديًا). البتات التي تم إنشاؤها في NISU MISiS مصنوعة من الألومنيوم ، ويبلغ حجمها 300 ميكرون ، ولا يمكن "ضياعها" ، ويمكنك أيضًا البناء بدون خطي.
أثناء التجربة ، حل جهاز كمبيوتر كميتان يبلغ طوله كيلو بايت خوارزمية Grover - خوارزمية تعداد لوظيفة. يمكن للكمبيوتر الكم ، بفضل مبدأ التراكب ، في الحالة المثالية أن يجد القيمة الصحيحة لـ x في حل هذه المشكلة في استدعاء واحد للوظيفة f (x) باحتمال قدره 100٪.
"تعد خوارزمية Grover ثنائية البؤرة خطوة مهمة جدًا نحو إنشاء كمبيوتر كمومي. لسنا أول من يثبت أعماله في العالم ، لكننا هنا نتحدث في المقام الأول عن الإنجاز التكنولوجي. "لقد أظهرنا إمكانية تنفيذ كل ما يلزم للعمليات المنطقية للمعالج الكمومي العام: التهيئة ، والعمليات أحادية الكوبيت واثنين من الكوبيت والقراءة ، ومع مستوى الخطأ الذي يرضي الخوارزميات الصغيرة " ، قال
إيليا بيس الدين ، وهو مهندس في مختبر المواد الفائقة التوصيل ، أحد المشاركين في المشروع.
أكبر صعوبة في إنشاء معالج الكم مفيدة هي الأخطاء. على عكس أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، التي يمكن أن تعمل لسنوات وتنتج دائمًا نتائج قابلة للتكرار ويمكن التنبؤ بها ، تتأثر أجهزة الكمبيوتر الكمومية بالضوضاء ، مما يشوه نتائج الحسابات. على الرغم من أن المعالج ذو الكوبيتين الذي تم إنشاؤه في NIS "MISiS" صغير جدًا على حل المشكلات المطبقة ، فقد نجح في "تجاوز" عتبة 50٪ من احتمال الإجابة الصحيحة ، حيث وصل إلى 53٪.
تتكون الخوارزمية بأكملها من تهيئة اثنين من وحدات البت ، وأربع عمليات أحادية الحد ، وعمليتين كلتيهما ، وقراءة اثنين من وحدات البت ؛ الأخطاء في أي منها يقلل من احتمال وجود إجابة صحيحة في الإجابة.
يحتوي ناظم البرد على الشفاه المطلية بالذهب التي تستقر في درجات حرارة مختلفة عند التبريد. أقل درجة حرارة عند 0.01 كيلفن = -273.14 درجة مئوية.تم تصنيع شريحة للكمبيوتر الكمومي في
MSTU. لقد تم تصميم
Bauman وتصميمه وإطلاقه بالفعل في
NUST "MISiS" ، حيث تم بناء مجموعة فريدة من المعدات مع ناظم البرد في مختبر "المواد الفائقة التوصيل" التي تضمن التشغيل في درجات حرارة منخفضة للغاية ، وهي قريبة من الصفر المطلق.
"ومع ذلك ، لا يزال أمامنا طريق طويل " ،
يضيف إيليا بيس الدين . - في
الآونة الأخيرة ، تم نشر مقال نشرته Google ، والذي لم يتم نشره رسميًا بعد ، على الصحافة ، والتي تمكنت من تنفيذ خوارزمية "التفوق الكمومي" على معالج كمي موصل فائق التوصيل يبلغ 53 كيلوبايت. مهمة "التفوق الكمومي" هي المهمة الأكثر ملاءمة لجهاز كمبيوتر الكم ، وهو أمر صعب للغاية إنجازه على جهاز كمبيوتر تقليدي. وإذا كان يتعين علينا التغلب على الحد "الكلاسيكي" - لا تزال هذه نتيجة أساسية ، فإن نتيجة Google أصبحت بالفعل أقرب إلى الجانب العملي: لقد تمكنت من صياغة وحل مهمة يمكن لمعالجها إكمالها في دقائق ، وتم اختبار جهاز كمبيوتر فائق قوي لعدة أسابيع .
"وعلى الرغم من ذلك ، لم تتمكن Google بعد من الاقتراب من حقيقة أن الكمبيوتر الكمومي يحل بعض المهام المفيدة عمليًا بشكل أكثر فعالية من المهمة الكلاسيكية. ومع ذلك ، في حين أن التوقعات النظرية المتعلقة بالتفوق الحسابي لأجهزة الكمبيوتر الكمومية تؤكدها التجارب.
الخطوات المهمة التالية نحو إنشاء كمبيوتر كمومي مفيد هي عرض تم تخفيضه إلى عدة عشرات من إصدارات البايتات من خوارزميات الكم "المفيدة" (على سبيل المثال ، محاكي لتفاعل كيميائي أو الحالة الأرضية لجزيء) ومظاهرة لتصحيح الخطأ الكمومي. هذا بالتحديد لتصحيح الخطأ ، بالمناسبة ، البتات الفائقة الموصلية هي الأنسب: يمكن تنظيمها في شبكة ثنائية الأبعاد مع تفاعلات محلية وبوابات متوازية ، وهو أمر ضروري لـ "رمز السطح" - أبسط من وجهة نظر المتطلبات ودقة العمليات.
"نريد أيضًا أن نتحرك في هذا الاتجاه ، ولكن من وجهة نظري في الحوسبة الكمومية ، من المهم ليس فقط" المزيد "، ولكن أيضًا" الأفضل ": المكعبات فائقة التوصيل التي نستخدمها الآن تتحول إلى تكلفة عالية وتعطي الكثير من الأخطاء. وقبل القيام بالمئات والآلاف من البتات ، في رأيي ، الأمر يستحق العمل على الوحدة الأساسية - الكوبت ، " يلخص إيليا بيس الدين .