Ученые разработали логический элемент с тремя входами и выходами на основе квантовых кубитов

Прототип квантового процессора

Исследователи из китайского Научно-технического университета (University of Science and Technology of China) продемонстрировали первую практическую реализацию так называемого логического элемента Тоффоли (вентиля Тоффоли, Toffoli gate), на базе которого был создан простейший квантовый процессор с шестью квантовыми полупроводниковыми точками, кубитами. Отметим, что данный случай является первой реализацией элемента Тоффоли в виде полупроводниковой квантовой системы и данное достижение дает начало возможности создания полупроводниковых квантовых вычислительных систем более крупного масштаба. Отметим, что логический элемент Тоффоли представляет собой самый универсальный из существующих логических элементов.

Картинки по запросу three-qubit system

Он был изобретен Томасом Тоффоли в 1980 году и представляет собой логический элемент с тремя входами и выходами. Позже было доказано, что, используя только этот элемент, можно создать любую произвольную логическую схему, включая и схему микропроцессора. Кроме этого, на свете существуют квантовые варианты элемента Тоффоли, которые достаточно часто используются в технологиях квантовых вычислений.

Новая квантовая реализация элемента Тоффоли состоит из трех кубитов, один из которых содержит результат выполнения операции, а два других – исходные данные. Этот элемент является основой всех квантовых систем коррекции ошибок, но все подобные элементы, созданные ранее, состояли из шести управляемых инверторов и требовали использования десяти кубитов.

Картинки по запросу three-qubit system

В результате работы, проделанной китайскими исследователями, им удалось создать элемент Тоффоли, имеющий уникальную архитектуру и состоящий только из трех кубитов. А используя два таких элемента, исследователи создали прототип примитивного квантового процессора, способного выполнять простейшие квантовые операции и управляемого при помощи импульсов высокочастотного излучения.

Сокращение количества кубитов в элементе Тоффоли повлечет в будущем за собой резкое сокращение сложности квантовых систем и увеличение их эффективности, что сделает технологии полупроводниковых квантовых вычислительных систем гораздо ближе к моменту начала их практического использования.

Первоисточник: DOI: 10.1103/PhysRevApplied.9.024015

Похожее изображение

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!