Если целью этого эксперимента было заставить критиков поумерить свой пыл, то этой цели он определенно не достиг. В других отношениях, однако, ситауция может выглядеть иначе. Четыре года назад, молодая техническая компания произвела фурор в научном сообществе, заявив, что ей удалось построить квантовый компьютер - устройств, которое, в принципе, может решать задачи, непосильные для обычных компьютеров. Физики из D-Wave Systems, базирующейся в Ванкувере, Канада, даже произвели демонстрацию. Но другие исследователи сомневались, есть ли доказательства квантовой природы механизмов, на которых работает устройство. Теперь, команда D-Wave опубликовала данные, которые, по их словам, доказывают, что квантовые феномены имеют отношение в работе устройства. Впрочем, даже если это правда, другие по прежнему сомневаются, в том что как утверждают ученые D-Wave , чип может выполнять операции квантово-механических расчетов.
.png)
"Я думаю, что они переоценили значение своего открытия," говорит Джон Мартини, физик из университета Калифорнии, Санта-Барбара (UCSB). "Совсем не очевидно, что этот аппарат может работать по квантовым алгоритмам".
Физики пытались постороить квантовый компьютер больше десяти лет. Обычные компьютеры работают с битами, которые могут иметь значение 0 или 1. Замысел, квантового компьютера заключается в том, что он будет использовать субатомные частицы или другие квантовые объекты, как "кубиты" (квантовые биты), которые могли бы иметь значение 0, 1, или, благодаря удивительным правилам квантовой механики, 0 и 1 одновременно. Более того, строка кубитов в этом состоянии может содержать все возможные комбинации значений 1 и 0 одновременно. В результате, квантовый компьютер может обрабатывать множество входящих потоков одновременно и с легкостью решать проблемы, которые обычному компьютеру не по зубам. Однако такой подход к квантовым вычислениям, называемый "моделью ворот" имеет много нерешенных практических вопросов, так как ученые должны поддерживать и управлять квантовыми состояниями многих кубитов.
Исследователи D-Wave применили другой подход, известный как метод "адиабатических квантовых вычислений" или "квантовая закалка." Все начинаются с набора невзаимодействующих кубитов в специализированной установке, где расположены миниатюрные обмотки из сверхпроводников которые могут проводить ток в любую сторону или в обоих направлениях сразу, и охлаждают их до температуры, близкой к абсолютному нулю, таким образом переводя их в самое низкое энергетическое состояние - основное состояние. Для выполнения вычислений, исследователи медленно производят различные взаимодействия между кубитами. Если они сделали все правильно, то основное состояние невзаимодействующей системы, , должно естественно превратиться в основное состояние взаимодействующей системы и раскрыть информацию о проблемах, которые представляют собой такие взаимодействия.
.png)
В феврале 2007 года D-Wave наделела шуму, когда их 16-кубитная машина решила несколько задач - хотя таких, с какими бы справился и обычный компьютер, например, решила, как рассадить гостей вокруг стола так, что люди, которые не любят друг друга не оказались соседями. Тем не менее, "у авторитетных людей были серьезные сомнения в том, что это был настоящий квантовый компьютер", говорит Вим ван Дам, теоретик компьютерных наук, работающий в UCSB.
И вот почему: можно представить работу машины как отслеживание траектории шарика через изменяющийся энергетический ландшафт из пиков и долин, пока он не попадет в самую низкую точку, которая и будет решением проблемы. Процесс, называемый квантовым туннелированием позволяет шарику перескакивать из одной долины в другую. В то же время, однако, обычные "тепловые флуктуации" - колебания температуры, также могут придать гипотетическому шарику ускорение, перенеся через неровности ландшафта так чтобы, чтобы он достиг нижайшей точки. Этот процесс не является квантовомеханическим, говорит ван Дам и если он лежит в основе работы D-Wave, то он не может быть значительно эффективнее обычного компьютера.
Тем не менее, новые данные показывают, что на самом деле кубиты в чипе могут перейти в низшее энергетическом состоянии и механическим путем, как сообщают исследователи D-Wave, в журнале Nature. Физик Марк Джонсон и его коллеги начали эксперименты с одного кубита удерживаемого в последней разработке компании - 128-кубитном чипе. Ток в кольце может циркулировать как по часовой стрелке, так и против, и эти два состояния представляют два провала в очень простом энергетическом ландшафте. Настраивая кубит и применяя к нему магнитное поле, исследователи могут управлять размером разрыва между этими двумя состояниями, а также изменять плоскость всего ландшафта, делая один провал глубже другого. Они также могут изменять температуру - источника столь докучающей ученым нестабильности в показаниях.
.png)
Исследователи обнаружили, что способность кубитов к переходу от более высокого энергетического состояния к низкому сначала уменьшается при понижении температуры. Но когда температура опускается ниже около 45 тысячных градуса выше абсолютного нуля (45 милликельвин), скорость, с которой кубит меняет состояния выравнивается. Это говорит о том, что даже тепловые флуктуации становятся слишком слабыми, чтобы помочь системе перейти энергетический барьер, и квантовое туннелирование остается единственным способом, с помощью которого кубит может изменить состояние. Исследователи также наблюдали аналогичное явление на примере группы из восьми кубитов, которая путем очень простых взаимодействий переходит в предсказанное базовое состояние. "Эволюция [системы] следует законам квантовой, а не классической механики", говорит Джонсон.
У Мартиниса, впрочем, остаются некоторые сомнения. Тем не менее, по его словам: "Я думаю, весьма вероятно, что им удалось добиться получение эффекта туннелирования. Я не уверен на 100%, но я 90% уверен ".
Получение этого результата, впрочем, не знаменует конец спора о работоспособности технологии D-Wave. Квантового туннелирования самого по себе недостаточно, чтобы устройство использующее его работало значительно быстрее чем классический компьютер, заявляет Ван Дамм. Чтобы выполнять очень ресурсоемкие вычисления, которые бы заняли слишком большое количество времени на классическом компьютере, говорит он, чип D-Wave также должен поддерживать своего рода тонкую синхронизацию между отдельными кубитами, так называемую когерентность. Но вполне возможно, что кубиты, полученные D-Wave теряют когерентность слишком быстро чтобы действовать более или менее независимо друг от друга, но, тем не менее совместно туннелируют к общему базовому состоянию. В этом случае, компьютер не может быть эффективнее, обычного, считает Ван Дамм.
Джонсон и команда D-Wave не думают, что когерентность необходима при выполнении адиабатических квантовых вычислений. "Я думаю, что роль, которую когерентность играет в квантовой закалке не вполне ясна", говорит Джонсон. Мартинис считает, что весьма необычно видеть компанию, которая, по существу, строит свое будущее на технологии, которая до сих пор является спорной в научных кругах. "В некотором роде я понимаю что это хорошая корпоративная стратегия", говорит он. "Но, я бы не инвестировал в их технологии, потому что я думаю, что они на ложном пути".
Впрочем, этот диспут еще далек от завершения. Джонсон говорит, что D-Wave и ее команда ученых вскоре опубликуют новые работы, которые подкрепят их утверждение о создании настоящего квантового компьютера.
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
Чтобы написать здесь комментарий необходимо