Американские физики из университета Санта Барбары сделали очередной шаг на пути создания полноценного квантового компьютера - они смогли полноценно реализовать квантовый алгоритм Шора на системе с тремя кубитами. Статья ученых вышла в Nature Physics , а ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

В рамках исследования ученые собрали квантовый процессор, состоящий из девяти элементов: четырех кубитов - квантовых аналогов бита, способных находится в суперпозиции сразу нескольких состояний, а также и пяти сверхпроводящих волноводов. Вся система была реализована на алюминиевой подложке, охлажденной до нескольких миллимикельвинов. Кубиты представляли собой колеблющиеся частицы, а переносчиками взаимодействия выступали фотоны.

На первом этапе исследования ученые продемонстрировали, что их система действительно представляет собой квантовый компьютер, то есть в ней наблюдаются квантовые эффекты. Например, они показали, что в процессор способен запутывать (то есть особым образом связывать некоторые параметры) пары и тройки кубитов.

После этого ученые продемонстрировали, что, используя только три кубита, система способна реализовать алгоритм Шора. Это квантовый алгоритм, предназначенный для разложения чисел на множители. В качестве объекта исследования бралось число 15 - это наименьшее нечетное составное число, не представимое в виде степени простого (такие условия накладывает алгоритм Шора).

Так как все квантовые алгоритмы имеют вероятностную природу, то исследователи провели около 150 тысяч тестов и установили, что алгоритм дает правильный ответ примерно в 48 процентах случаев, что хорошо согласуется с теоретическими предсказаниями. Ученые утверждают, что новая система работает в некоторых аспектах быстрее своих аналогов. Это, по словам физиков, которые приводит ScienceDaily, является важным шагом на пути создания масштабируемых квантовых систем.

Впервые 15 было разложено на простые множители квантовым компьютером IBM еще в 2001 году с использованием 7 кубитов, однако, тогда многие говорили, что речь идет не о полноценной квантовой системе. В 2007 году ученые из Бристольского университета представили техническую реализацию алгоритма Шора, в которой, среди прочего, наблюдалась запутанность, однако характеристики работы компьютера не изучались.