Ученые обнаружили гиперхаос в квантовых компьютерах
Так называемый гиперхаос в квантовых компьютерах обнаружила команда научных сотрудников Центра компетенций Национальной технологической инициативы по направлению «Технологии компонентов робототехники и мехатроники» совместно с сотрудниками университета Лафборо (Великобритания).
Раньше было известно, что в системах, связанных с кубитами (биты в квантовой физике, которые способны находиться одновременно в двух разных состояниях между 0 и 1, то есть в суперпозиции), могут наблюдаться колебания. Однако показать, что в таких системах возможен не только хаос, но и гепрхаос, экспертам удалось впервые.
В ходе теоретических исследований далекой от равновесия динамики двухуровневых квантовых систем ученые обнаружили, что два связанных кубита могут демонстрировать хаотическое поведение. При этом в системах с пятью или более элементами возникает гиперхаос, который мешает кубитам выполнять свои функции в квантовых компьютерах, где они являются объектами для хранения и передачи информации.
Так, запись информации в системе из кубитов происходит, когда они находятся в неподвижном состоянии в периодической структуре (решетке). Часть из них внешним лазерным излучением переводят в возбужденное состояние, то есть их электроны переходят с основного энергетического уровня на высокий уровень.
При определенных параметрах внешнего излучения возникает разность между числом электронов, начинаются периодические колебания. Их ученые способны легко предсказать и контролировать. Российские физики обнаружили, что эти колебания могут становиться хаотическими, в результате чего вся система выходит из-под контроля, а при большем числе кубитов может возникать гиперхаос и управлять системой практически невозможно. Таким образом, ученым удалось обнаружить параметры возникновения гиперхаоса, но при этом они смогли найти и методы его эффективного подавления.
«Вычислительная мощность квантовых компьютеров напрямую зависит от количества кубитов: чем их больше, тем мощнее устройства, — рассказал советник Российского квантового центра, ректор Университета Иннополис Александр Тормасов. — Управление гиперхаосом в квантовых объектах позволит работать с квантовыми устройствами большего размера».
Разработки в области квантовых систем потенциально могут позволить ученым кардинально повысить вычислительную мощность, а достигнутые результаты этого исследования, по оценкам физиков, позволит приблизиться к практической реализации высокомощных квантовых компьютеров. Они будут в несколько тысяч раз мощнее классических компьютеров и с ними человечество получит новые технологии для информационной безопасности, создания лекарств и точных систем позиционирования, а также новых способов передвижения.
По словам руководителя Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Центра компетенций НТИ на базе Университета Иннополис Александра Храмова, проблема возможности возникновения хаоса в квантовых системах в настоящий момент одна из активно обсуждаемых в квантовой физике.
Он отметил, что растущее внедрение современных квантовых технологий требует от ученых улучшения свойства квантовых элементов, в том числе увеличения размера цепочек или решеток кубитов, но этому может помещать неустойчивая динамика в их сетях.
«Важным и до конца не ясным остается вопрос, как может возникнуть хаос в квантовой системе, каковы механизмы и сценарии такого режима, — отметил Храмов.— Мы считаем, сейчас не хватает удобной теоретической базы, на основе которой станет понятно, как возникает сложная нелинейная динамика в сетях кубитов».
Статья об этом исследовании была опубликована в журнале Nature.
18 января стало известно, что специалисты Института космических исследований (ИКИ) РАН разработали оптико-электронную систему относительной навигации для стыковки со спутниками. Кaк пoяснили в институтe, систeма включaет узкоугольную и широкoугольные ТВ-кaмеры, time-of-flight кaмеру, кoторая пoлучает 3D-изoбражения oбъекта, и лaзерный дaльномер.
