Китай представил первую в мире оперативную память для квантового компьютера
Физики из Чжэцзянского университета первыми в мире реализовали квантовую оперативную память произвольного доступа (QRAM). Результаты по-настоящему прорывных экспериментов приведены на страницах Nature Physics.
Теоретическая архитектура QRAM была предложена еще в 2008-м, но воплотить ее в жизнь мешали объективные трудности — известно, как легко разрушаются хрупкие квантовые состояния. «Самым трудным оказались не теоретические выкладки, а вопрос, как заставить эту идеальную структуру работать на реальной двумерной решетке чипа», — признается Сян Дэбинь из центра вычислительных технологий будущего Чжэцзянского университета, один из первых авторов работы.
«В итоге мы впервые успешно запустили на сверхпроводящем чипе прототип QRAM, адресующий 4 и 8 бит данных. Это означает, что память способна одновременно обрабатывать несколько входных потоков. Измеренная точность составила 81% и 60% соответственно, что более чем на 40% выше неоптимизированных схем», — говорит Лу Лицян из Колледжа компьютерных наук Чжэцзянского университета, соавтор исследования.
Испытания показали, что система обладает локальной помехоустойчивостью. Это доказывает: даже на существующем, далеком от совершенства квантовом оборудовании можно построить практичную и надежную QRAM, что говорит о широчайших перспективах.
У достижения три слагаемых успеха.
- «Скоростная магистраль» для квантовых операций. В традиционных подходах к маршрутизации QRAM разложение логических элементов давало слишком длинная последовательность операций, и в данных успевали накопиться ошибки. Авторы оптимизировали маршрутизацию и сократили глубину квантовой схемы более чем на 30%.
- Система сигнализации для точной коррекции ошибок. При древовидном запросе в QRAM любое возмущение в любом узле приводит к искажению конечного результата, и зачастую такую ошибку почти невозможно отследить. Ученые остроумно использовали те же самые маршрутные кубиты как локальные датчики для выявления сбоев.
- «Туннель» квантовой телепортации. Чтобы связать кубиты на «кончиках ветвей» древовидной архитектуры с «корнями» системы, проложили «логические туннели» постоянной глубины между удаленными кубитами. Это решило проблему ограничений, налагаемых физической топологией чипа на сложные алгоритмические структуры, и позволило идеально «уложить» QRAM на двумерную сверхпроводящую подложку.
«Все экспериментальные проверки мы выполнили на собственном высокопроизводительном сверхпроводящем квантовом чипе», — подчеркивает Лу.
Рецензент Nature Physics назвал эту работу «важным рубежом», поскольку долгое время оставались сомнения в том, можно ли вообще реализовать QRAM масштабируемым способом. А между тем это не просто очередное лабораторное «впервые в мире».
«Сегодняшние квантовые алгоритмы прекрасны в теории. Но чтобы они реально заработали на квантовом компьютере, приходится обрабатывать гигантские объемы классических данных. Например, моделирование лекарственных молекул — обращаться к базам данных белков, финансовый анализ рисков — запрашивать историю рыночных котировок. Без QRAM все эти приложения останутся не более чем умозрительными рассуждениями», — объясняет Лу.
«Этот прорыв с QRAM вселяет в нас уверенность: универсальный квантовый компьютер — не несбыточная мечта», — резюмирует профессор Инь Цзяньвэй, руководивший исследованием.
