Исследователи из Австралии приблизились к созданию квантовых компьютеров. Ученым удалось создать ключевой строительный элемент для подобных систем, так называемый вентиль Фредкина.

В основе квантовых компьютеров лежат кубиты — квантовые единицы информации, которые способны представлять собой двоичные 0 и 1 одновременно. Считается, что кубиты могут обеспечивать вычислительные мощности, во много раз превышающие возможности традиционных компьютеров. Однако создание квантовых компьютеров зависит от того, удастся ли ученым реализовать работающие квантовые схемы.

Именно здесь на сцену выходит вентиль Фредкина — универсальный трехвходовый логический вентиль, названный в честь своего создателя Эдварда Фредкина. Логический вентиль представляет собой нефизическую управляющую схему, которая позволяет менять местами два логических элемента в зависимости от состояния третьего. Его квантовая версия использует три кубита и способна менять местами два из них в зависимости от значения третьего. Вентиль Фредкина может стать краеугольным камнем в создании квантовых схем, но, поскольку он чрезвычайно сложен, до сегодняшнего дня еще никому не удавалось его реализовать.

Стандартный вентиль Фредкина требует пяти последовательных логических операций, однако исследователям из Университета Гриффита (Griffith University) и Университета Квинсленда (University of Queensland) удалось реализовать схему вентиля напрямую, минуя промежуточные операции, использовав свойство квантового спутывания двух фотонов.

"Подобно строительству большой стены из множества маленьких кирпичиков, большие квантовые схемы требуют для своей работы огромного числа логических элементов, — объясняет принцип открытия Радж Пател (Raj Patel) из Университета Гриффита. — Однако, используя более крупные кирпичики, такую стену можно построить из гораздо меньшего числа элементов".

Фактически вентиль Фредкина позволяет создавать крупные квантовые схемы, не используя множество малых логических элементов. А это, в свою очередь, существенно приближает квантовые компьютеры к реальности. Все данные нового исследования были опубликованы в журнале Science Advances.