Китай представил первую в мире оперативную память для квантового компьютера

Физики из Чжэцзянского университета первыми в мире реализовали квантовую память с произвольным доступом (QRAM). Результаты поистине прорывных экспериментов представлены на страницах журнала Nature Physics.

Теоретическая архитектура QRAM была предложена еще в 2008 году, но ее реализации помешали объективные трудности — известно, как легко разрушаются хрупкие квантовые состояния. «Самым сложным были не теоретические расчеты, а вопрос о том, как заставить эту идеальную структуру работать на реальной двумерной решетке чипа», — признается Сян Дэбин из Центра будущих вычислительных технологий Чжэцзянского университета, один из первых авторов работы.

"В результате мы впервые успешно запустили прототип QRAM, адресующий 4 и 8 бит данных на сверхпроводящем чипе. Это означает, что память способна обрабатывать несколько входных потоков одновременно. Измеренная точность составила 81% и 60% соответственно, что более чем на 40% выше, чем у неоптимизированных схем", - говорит Лу Лицян из Колледжа компьютерных наук Университета Чжэцзян, соавтор исследования.

Испытания показали, что система обладает локальной помехоустойчивостью. Это доказывает, что даже на существующей, далеко не идеальной квантовой аппаратуре можно построить практичную и надежную QRAM, что говорит о широчайших перспективах.

Достижение имеет три компонента успеха.

"Шоссе" для квантовых операций. В традиционных подходах к маршрутизации QRAM декомпозиция логических элементов приводила к слишком длинной последовательности операций, и в данных успевали накапливаться ошибки. Авторы оптимизировали маршрутизацию и уменьшили глубину квантовой схемы более чем на 30%. Система сигнализации для точного исправления ошибок. При запросе дерева в QRAM любое нарушение в любом узле приводит к искажению конечного результата, и такую ​​ошибку зачастую практически невозможно отследить. Ученые умело использовали те же кубиты маршрутизации в качестве локальных датчиков для обнаружения сбоев. «Туннель» квантовой телепортации. Чтобы соединить кубиты на «кончиках ветвей» древовидной архитектуры с «корнями» системы, между удаленными кубитами были проложены «логические туннели» постоянной глубины. Это решило проблему ограничений, налагаемых физической топологией чипа на сложные алгоритмические структуры, и позволило идеально «уложить» QRAM на двумерную сверхпроводящую подложку.

«Все экспериментальные испытания мы провели на собственном высокопроизводительном сверхпроводящем квантовом чипе», — подчеркивает Лу.

Рецензент Nature Physics назвал эту работу «важной вехой», поскольку уже давно существовали сомнения относительно возможности реализации QRAM масштабируемым способом. Между тем, это не просто очередная «первая в мире» лаборатория.

"Сегодняшние квантовые алгоритмы великолепны в теории. Но для того, чтобы они действительно работали на квантовом компьютере, им приходится обрабатывать гигантские объемы классических данных. Например, моделирование молекул лекарств - доступ к базам данных белков, анализ финансовых рисков - запрос истории рыночных котировок. Без QRAM все эти приложения останутся не чем иным, как спекулятивными спекуляциями", - объясняет Лу. «Этот прорыв с QRAM дает нам уверенность в том, что универсальный квантовый компьютер — не несбыточная мечта», — резюмирует профессор Инь Цзяньвэй, возглавлявший исследование.