Не так давно международная группа ученых произвела сравнение двух квантовых вычислительных систем, построенных на базе принципиально разных технологий. Эти квантовые компьютеры соревновались по уровню своей производительности, выполняя один из самых сложных вычислительных алгоритмов. И в результате такого соревнования один из компьютеров был определен, как самый быстрый, а второй — как обеспечивающий более высокую надежность производимых вычислений. И, следует отметить, что подобное сравнение компьютеров было проведено впервые за всю историю области квантовых вычислений.
«В течение достаточно долгого времени квантовые системы оставались лишь примитивными устройствами. Поэтому у нас не было возможности поставить рядом на стол два компьютера с пятью квантовыми битами в каждом и произвести их сравнительное тестирование» — рассказывает Саймон Бенджамин (Simon Benjamin), ученый-физик из Оксфордского университета, — «Нынешние исследования и их результаты говорят о достаточной «зрелости» данных технологий».
Один из испытуемых компьютеров, созданный группой физика Криса Монро (Chris Monroe) из университета Мэриленда, построен на базе пяти ионов иттербия, заключенных внутри электромагнитной ловушки. Управление этими ионами осуществляется при помощи света лазеров. Второй компьютер принадлежит компании IBM, а его основу составляют пять крошечных металлических колец, охлажденных до низкой температуры, управление которыми производится при помощи микроволнового излучения. Для справки, квантовый компьютер компании IBM является первым и единственным в мире, доступ к которому можно получить через Интернет в онлайн-режиме.
Пять кубитов каждого компьютера не обеспечивают им достаточно серьезную вычислительную мощность. Тем не менее, их возможностей вполне хватает для демонстрации преимуществ и недостатков каждой из использованных технологий квантовых вычислений. В компьютере группы Монро каждый кубит состоит из иона, электроны которого могут перемещаться лишь между двумя энергетическими уровнями, или находиться на обоих уровнях сразу в так называемом состоянии квантовой суперпозиции. В компьютере компании IBM в качестве кубитов выступают сверхпроводящие кольцевые проводники, ток по которым течет в одном из направлений или в обоих направлениях сразу.
В силу различной природы, хрупкое квантовое состояние кубитов двух компьютеров может быть нарушено воздействием разных факторов. Поэтому результаты выполнения одной и той же квантовой логической операции обоими компьютерами могут и отличаются друг от друга. И максимальная точность вычислений, определяющая вероятность получения достоверного и правильного результата, во время испытаний не превышала значения в 97 процентов, чего крайне мало для выполнения каких-нибудь реальных расчетов.
Во время испытаний группа Монро произвела вычисления ряда стандартных квантовых алгоритмов на каждом из компьютеров и сравнила полученные результаты. «Ионный» компьютер выдавал правильные результаты чаще компьютера компании IBM. На некоторых задачах «ионный» компьютер демонстрировал точность в 77.1 процента, в то время как точность «микроволнового» варианта компьютера не превышала 35.1 процента. Такая существенная разница возникает не из-за надежности работы самих кубитов, а из-за разницы в природе их взаимосвязей друг с другом, которые могут сохраняться длительное время, а могут и разрушаться от «косого взгляда».
Несмотря на то, что компьютер компании IBM показал меньшую надежность и точность, он также продемонстрировал и более высокую производительность. Микроволновый компьютер выполняет квантовую логическую операцию с двумя кубитами за 250-450 наносекунд, что в 1000 раз быстрее ионного компьютера.
В настоящее время обе группы ученых работают над улучшением их квантовых вычислительных систем. Группа Монро пытается увеличить число кубитов и связей между ними, что должно увеличить быстродействие компьютера, а компания IBM, тем временем, внедряет технологии, которые повысят точность и достоверность результатов вычислений. И, может так статься, что во время следующих сравнительных испытаний эти оба компьютера покажут приблизительно равные результаты, что даст множество пищи для размышлений разработчикам квантовых вычислительных систем.
Источник:
