Российские ученые предложили новую архитектуру фотонного квантового компьютера

Фотоны проходят через оптическую систему несколько раз, а компьютер запоминает результаты каждого цикла. Российские ученые показали теоретически, как такая схема может позволить фотонному процессору учитывать историю вычислений. Об этом редакции Наука Mail сообщила пресс-служба института Российского квантового центра.

Фотонный квантовый компьютер с памятью о вычислениях. Российские ученые предложили новую архитектуру

Источник: Unsplash

Теоретическая модель позволяет учитывать результаты предыдущих измерений и на их основе определять дальнейший ход вычислений. Работа ученых Российского квантового центра, УрФУ и МГУ опубликована в журнале Physical Review A.

Обычно квантовое вычисление можно представить как заранее определенную последовательность операций с измерением результата в конце. Однако для более сложных схем системе может потребоваться получить промежуточный результат и использовать его для выбора дальнейших действий.

Подобные динамические схемы уже реализуются на сверхпроводниковых квантовых процессорах. Авторы новой работы рассмотрели, как такой принцип можно перенести на фотонные системы, где носителями квантовой информации выступают фотоны. В предложенной архитектуре фотоны движутся по замкнутому маршруту и несколько раз проходят через оптическое устройство. После каждого цикла детектор определяет число вышедших фотонов, а результат сохраняется в обычной классической памяти.

Используя последовательность предыдущих измерений, система может оценивать количество оставшихся внутри фотонов и учитывать эту информацию на следующем этапе. Для этого не требуется сохранять все предыдущие результаты. Расчеты авторов показали, что в рассмотренной модели достаточно нескольких последних измерений. Учет истории не устраняет квантовую случайность, но позволяет сократить неопределенность относительно состояния системы.

Фотоны проходят через оптическую систему многократно, а компьютер запоминает каждый цикл. Как это работает

Источник: МГТУ им. Н.Э. Баумана

В одном из рассмотренных авторами примеров без информации о предыдущих измерениях следующий результат мог принимать пять различных значений. После учета истории число возможных вариантов сокращалось до двух. Такой механизм потенциально позволяет строить более гибкие схемы, в которых дальнейшие действия зависят от того, что произошло на предыдущих этапах вычисления.

«Более гибкая модель предполагает, что часть системы можно измерять уже в процессе вычисления и использовать полученные результаты для определения его дальнейшего хода», — объяснил руководитель научной группы Российского квантового центра Евгений Киктенко.

Одной из особенностей предложенной архитектуры стало использование обычной электронной памяти для хранения результатов промежуточных измерений. Таким образом, системе не требуется сложная квантовая память именно для сохранения этой истории. По словам авторов, возможность реагировать на промежуточные результаты может пригодиться для последовательного уточнения ответа и схем исправления ошибок.

Исследователи рассчитывают, что такой подход сможет расширить возможности фотонных процессоров и помочь при их дальнейшем масштабировании. Однако пока речь идет о теоретической модели, а не о готовом квантовом компьютере. Следующим этапом работы должна стать экспериментальная проверка предложенной архитектуры.

Ранее ученые нашли новый способ проверки надежности ИИ.