Создание квантовых компьютеров чрезвычайно дорого и зачастую обходится в миллионы долларов из-за необходимости использования специализированных материалов, компонентов и оборудования, такого как криогенные системы и передовая электроника.
Это одна из причин, по которой в настоящее время доступ к этой передовой вычислительной технологии имеют ученые только в некоторых развитых частях мира.
Однако новое исследование ученых из Университета Витватерсранда в Йоханнесбурге (Университет Витса) предлагает создать квантовый компьютер, изготовленный с использованием обычного оборудования.
Это нововведение может сделать мощную технологию квантовых вычислений более доступной и доступной для всех.
Это может показаться невероятным, но авторы исследования построили квантовый компьютер, используя только лазерные лучи, цифровые дисплеи (вроде тех, что используются в проекторах) и простые линзы. Когда они провели тесты, их компьютер успешно выполнил сложные задачи и обработал несколько уровней информации за пределами возможностей классических компьютеров.
Сверхъестественная сила света
Квантовый компьютер, созданный исследователями, управляется свойствами света . Они использовали классически структурированный свет, тип светового луча, который манипулируют, чтобы придать ему определенные формы, структуры или фазы, что позволяет им переносить сложную информацию.
Применив квантовые принципы, такие как суперпозиция состояний (когда система может существовать в нескольких состояниях одновременно), исследователи выполнили фотонное матричное умножение — процесс, в котором световые узоры используются для выполнения математических операций с матрицами.
«Главное — связать взаимодействие света с оптическими устройствами, такими как цифровые дисплеи и линзы, с математическими операциями, которые выполняет квантовая операция в квантовом компьютере», — отмечают авторы исследования .
После того, как классически структурированный свет был успешно интегрирован с оптическими компонентами компьютера, исследователи протестировали свою квантовую систему, используя алгоритм Дойча-Йожи.
Этот конкретный алгоритм решает конкретную проблему: определение того, является ли функция постоянной (производящей одинаковый выход для всех входов) или сбалансированной (дающей разные выходы для половины входов). Это может показаться простым, но этот алгоритм показывает, является ли система быстрее, лучше и эффективнее классического компьютера .
Анализ производительности квантового компьютера
Когда исследователи протестировали свой квантовый компьютер, его производительность удивила их, поскольку, подобно дорогостоящей квантовой системе, их нововведение значительно превзошло классические компьютеры .
В то время как традиционные компьютеры работают только с 0 и 1, «мы показали, что наша система может работать с 16 различными уровнями информации», — подчеркнул Мвези Кони, ведущий исследователь и кандидат наук в Университете Витс.
«Теоретически мы могли бы расширить эту возможность, чтобы обрабатывать миллионы уровней, что кардинально изменило бы процесс обработки сложной информации», — добавил Кони.
Более того, поскольку этот квантовый компьютер использует свет для обработки информации, скорость, с которой он может одновременно выполнять несколько сложных вычислений, не имеет себе равных.
«Традиционные компьютеры работают как коммутаторы, обрабатывая информацию в виде простых решений «да» или «нет». Наш подход использует лазерные лучи для одновременной обработки нескольких возможностей, что значительно увеличивает вычислительную мощность», — сказал Айзек Нейп, один из авторов исследования и эксперт по квантовым технологиям в Wits.
Команда Wits надеется, что их инновация расширит доступ к квантовым компьютерам в лабораториях и квантовых исследовательских центрах, расположенных в странах, которые не могут позволить себе дорогостоящие квантовые технологии.
Исследование опубликовано в журнале APL Photonics .