Ученые из Российского квантового центра, Уральского федерального университета и МГУ имени М. В. Ломоносова предложили объединить фотонную квантовую систему с обычной электронной памятью. Такой подход может ускорить разработку более гибких квантовых устройств, способных учитывать промежуточные результаты и продолжать вычисления на их основе, сообщили «Газете.Ru» в Российском квантовом центра (РКЦ).
Для решения многосоставных задач квантовому компьютеру недостаточно просто выполнить заранее заданную последовательность действий. В некоторых алгоритмах ему необходимо проверить промежуточный результат и решить, что делать дальше: продолжить вычисление, повторить операцию или скорректировать состояние системы. Такие динамические схемы уже создаются на сверхпроводниковых квантовых процессорах. Авторы предложили способ реализовать похожий принцип в устройствах, где носителями информации служат фотоны.
В разработанной модели фотоны несколько раз проходят через оптическое устройство по замкнутому маршруту. После каждого цикла детектор считает вышедшие фотоны, а результат сохраняется в обычной памяти. Используя эту историю, система может оценить, сколько фотонов осталось внутри, и подготовиться к следующему этапу работы.
Такой подход не отменяет квантовую случайность, но помогает устройству учитывать то, что происходило раньше. В одном из рассмотренных примеров без этой информации следующее измерение могло дать пять разных результатов, а с учетом истории их число сокращалось до двух. Расчеты также показали, что системе достаточно хранить несколько последних измерений, а не всю историю работы.
Возможность реагировать на промежуточные результаты необходима для многих перспективных квантовых алгоритмов, в том числе для последовательного уточнения ответа и исправления ошибок. Поэтому перенос этого принципа на фотонную платформу может расширить круг задач, доступных будущим оптическим процессорам.
«Обычно квантовое вычисление представляют как последовательность заранее заданных операций, после которой выполняется финальное измерение. Однако более гибкая модель предполагает, что часть системы можно измерять уже в процессе вычисления и использовать полученные результаты для определения его дальнейшего хода. В нашей работе мы рассмотрели, как такой подход может быть реализован в оптических системах с петлевой архитектурой. Мы рассчитываем, что использование промежуточных измерений и классической памяти может расширить возможности фотонных процессоров и стать одним из инструментов их дальнейшего масштабирования», — отметил Евгений Киктенко, руководитель научной группы Российского квантового центра и автор исследования.
Пока исследование носит теоретический характер. Следующим шагом должна стать проверка подхода на экспериментальной установке. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Physical Review A.
Ранее в Кремле предложили создать «квантовый щит» для обеспечения технологического суверенитета страны.