«Квантовый компьютер можно рассматривать как« симулятор природы в целом », — объясняет Фабио Франкини, исследователь из Международной школы перспективных исследований (SISSA) в Триесте, — другими словами, это машина, способная моделировать Природу как квантовая система, чего не могут сделать классические компьютеры ». Квантовые компьютеры — это машины, которые выполняют операции, используя явления квантовой механики, и они способны выполнять функции, отличные от функций современных компьютеров. Эта наука еще очень молода, а системы, произведенные на сегодняшний день, все еще очень ограничены. Франкини — первый автор исследования, только что опубликованного в Physical Review X, в котором устанавливаются основные характеристики, которыми должен обладать этот тип машины, и тем самым определяется направление будущих исследований в этой области.
В исследовании использованы аналитические и численные методы. «Мы обнаружили, — объясняет Франкини, — что система, не проявляющая« майорановских фермионов », не может быть универсальным квантовым симулятором». Фермионы Майораны были выдвинуты Этторе Майораной в статье, опубликованной в 1937 году, и они обладают специфическими характеристиками: майорановский фермион также является своей собственной античастицей. «Это означает, что если майорановские фермионы встречаются, они аннигилируют между собой», — продолжает Франкини. «В последние годы было высказано предположение, что эти фермионы могут быть обнаружены в состояниях материи, полезных для квантовых вычислений, и наше исследование подтверждает, что они должны присутствовать с определенной вероятностью, связанной с запутыванием, в материале, используемом для создания машины. "Запутанность или «действие на расстоянии» — это свойство квантовых систем, при котором действие, совершаемое в одной части системы, оказывает влияние на другую часть той же системы, даже если последняя была разделена на две части, которые расположены очень далеко друг от друга. «Запутанность — фундаментальное явление для квантовых компьютеров», — объясняет Франкини.«Наше исследование помогает понять, на каких типах устройств следует сосредоточить внимание при создании этого универсального симулятора.
До сих пор из-за отсутствия критериев исследования проводились в некоторой степени хаотично, с огромными затратами времени и ресурсов».Исследование проводилось при участии многих других международных исследовательских институтов, помимо SISSA, в том числе Массачусетского технологического института (MIT) в Бостоне, Оксфордского университета и многих других.«Наличие квантового компьютера откроет новые миры.
Например, если бы он был у нас сегодня, мы бы смогли взломать любой банковский счет», — шутит Франкини. «Но не волнуйтесь, мы еще далеки от этой цели».В настоящее время существует несколько попыток создания квантовых машин, основанных на свойствах конкретных материалов.
В зависимости от используемой технологии эти компьютеры имеют размеры, варьирующиеся от небольшой коробки до целой комнаты, но пока они могут обрабатывать только ограниченное количество информационных битов, количество бесконечно меньше, чем обрабатываемое классическими компьютерами.Однако нельзя сказать, что квантовые компьютеры являются или будут более мощными, чем традиционные, отмечает Франкини. «Есть несколько вещей, в которых эти устройства хуже.
Но, используя квантовую механику, они могут выполнять операции, которые были бы невозможны для классических компьютеров».