Американские физики, создавшие в прошлом году один из самых продвинутых квантовых компьютеров, провели первый сравнительный тест работы двух таких устройств.




Порядок расположения кубитов в квантовом компьютере IBM (слева) и квантовом компьютере Монро (справа)








Порядок расположения кубитов в квантовом компьютере IBM (слева) и квантовом компьютере Монро (справа)




Несмотря на то что две системы работают совершенно по-разному на квантовом уровне, их можно программировать одинаковым образом, не учитывая различия в «железе». Это позволило впервые сравнить работу одних и тех же квантовых алгоритмов на физически разных компьютерах. Конечно, это очень примитивные компьютеры, не способные соперничать с их обычными «кузенами», но эксперимент указал на то, что важно учитывать при проектировке больших квантовых вычислителей, поясняет Кристофер Монро (Christopher Monroe) из университета штата Мэриленд (США).
Квантовый компьютер Монро представляет собой набор из пяти связанных друг с другом кубитов на базе ионов иттербия, одного из самых популярных и хорошо изученных материалов для изготовления ячеек памяти и простейших вычислительных модулей подобных устройств.

Главным отличием компьютера Монро от всех остальных квантовых вычислителей является то, что его можно перепрограммировать прямо во время работы, не трогая его элементы. Монро и его коллеги добились этого, объединив кубиты в своеобразную «пентаграмму» и научившись управлять их состоянием и связями между ними при помощи лазеров и магнитных полей.
Второй компьютер, разработанный в компании IBM, работает по иным принципам, используя пять сверхпроводящих кубитов, собранных в «крест», и микроволновую систему управления их состояниями. Контроль над ним можно осуществлять еще проще — используя интерфейс, который инженеры «голубого гиганта» сделали доступным для любых пользователей глобальной сети.
Монро воспользовался свободным доступом к компьютеру IBM для того, чтобы впервые напрямую сравнить, насколько быстро и точно работают его квантовый компьютер и разработка американской компании.
Монро разработал набор «квантовых бенчмарков» — простых алгоритмов, позволяющих оценить точность и скорость работы компьютеров. К примеру, ученые создали на этих квантовых компьютерах универсальные логические вентили, способные исполнять все логические операции, а также несколько базовых алгоритмов по вычислению свойств материи и разложения чисел на множители.
Как оказалось, у каждого компьютера были свои плюсы: вычислитель Монро в некоторых случаях давал правильный результат примерно в два раза чаще, чем разработка IBM, однако квантовая система американской компании могла решать задачи примерно в тысячу раз быстрее, чем компьютер ученых из университета Мэриленда.
По мнению Монро, точность работы компьютера все же важнее, чем его скорость, так как уровень помех при их взаимодействии друг с другом будет расти все быстрее и быстрее при увеличении числа кубитов в компьютере. Поэтому нужно добиваться почти 100%-ной точности работы кубитов и только потом приступать к созданию крупных комбинаций из таких квантовых ячеек памяти.
С этим мнением согласна и IBM: ее инженеры уже обновили компьютер и повысили число связей между кубитами, что должно, по словам инженеров, повысить точность работы устройства. Дальнейшее повышение рабочих показателей позволит создавать «большие» квантовые компьютеры, пригодные для решения практически значимых задач.
Результаты эксперимента опубликованы в электронной библиотеке arXiv.org.