Физики создали первый универсальный квантовый вентиль

Физики создали первый универсальный квантовый вентиль

Физики из университетов Гриффита и Квинсленда впервые создали рабочий прототип квантового вентиля Фредкина. Устройство меняет местами состояния двух кубитов в зависимости от состояния третьего, управляющего кубита. С помощью комбинаций из одного или нескольких таких вентилей можно выполнить любую квантовую логическую операцию, иными словами он является универсальным. Исследование опубликовано в журнале Science, кратко о нем сообщает пресс-релиз Университета Гриффита.

Вентиль работает следующим образом. В один из трех вводов подается контрольный сигнал. Если его значение равно нулю, то и он, и сигналы двух оставшихся вводов проходят неизменными. Если значение контрольного сигнала равно единице, то сигналы двух остальных вводов меняются местами в каналах выхода, контрольная линия остается при этом неизменной. С помощью одного или нескольких классических вентилей могут выполнены любые логические операции.

Аналогичными свойствами обладает и квантовый вентиль. По сути, это означает, что вместо создания нескольких различных типов вентилей для каждой операции (НЕ, ИЛИ, Исключающее ИЛИ и так далее) в устройстве можно использовать элементы лишь одного типа, определенным образом между собой соединенные. В частности, это может уменьшить общее количество элементов в схеме. 

Физики-теоретики предложили ранее несколько способов создания вентиля Фредкина, в частности, с помощью комбинации из пяти обычных двухкубитных элементов. Однако такие схемы достаточно сложны и до сих пор не были реализованы. Авторы новой работы не только предложили более простую схему вентиля без использования дополнительных логических элементов, но и воплотили ее в жизнь.

Ученые реализовали устройство с помощью линейной оптики — за основу была взята схема операции SWAP (меняет местами кубиты). К этой схеме авторы добавили контрольную линию. Физики отмечают, что такой шаг был возможен именно для оптических систем. Для того, чтобы контрольная линия могла влиять на операцию SWAP авторы использовали особый вид запутанности, работающий для путей фотонов. Иными словами, один из фотонов мог идти по тому или иному направлению в зависимости от того, какой путь «выбрал» другой фотон.

Для генерации входного сигнала ученые использовали фотоны, родившиеся в результате спонтанного параметрического рассеяния — явления, при котором один фотон превращается в два с половинными энергиями. Такие частицы являются запутанными. Затем фотоны поляризовались — так кодировалось состояние кубита. В зависимости от выбора пути контрольным кубитом, два кубита ввода либо перемешивались (пути 1R, 2B, 1G на схеме) либо продолжали двигаться неизменно (пути 1B, 2R, 1Y). 

Каждый из вариантов входного сигнала физики тестировали до момента регистрации 650 событий. Событием считались лишь те ситуации, когда четыре детектора (контрольный, для первого и второго кубита и дополнительный) одновременно фиксировали прибытие единичного фотона. По словам авторов, получившийся вентиль работает с высокой точностью.

Авторы отмечают, что сам вентиль Фредкина может быть использован в целом ряде различных задач. К примеру, он позволяет быстро сравнивать, являются ли два набора кубитов одинаковыми. Такая операция необходима для сверки ключей и создания защищенной линии связи в квантовой криптографии. Также вентиль можно использовать в алгоритме Шора, раскладывающем числа на простые множители.

Владимир Королёв

N+1

Похожие новости:
Биоинженеры собрали оптическую призму из частиц вирусов
Американские биоинженеры превратили спиральные частицы вирусов в кубики "Лего", из которых они собрали ряд объектов, в том числе и плоскую призму, которая расщепляет свет благодаря структуре, похожей по своему устройству на лапшу быстрого приготовления, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature ..
2011-10-20 2559 0 Технология
0
Чуткий нос на страже безопасности пассажиров
На международной конференции по авиационной безопасности, которая проходила в начале октября в Амстердаме, «Аэрофлот» продемонстрировал свои наработки в борьбе с терроризмом. Служебные лабрадоры, овчарки и спаниели - привычная картина в европейских аэропортах. Четвероногие спецы способны учуять запах опасности как никто другой: ..
2011-10-20 2149 0 Технология
0
Светодиодные лампы могут быть вредны
Освещение, основанное на светодиодах, скоро станет едва ли не повсеместным — в домах, офисах, на городских улицах. Однако ученых настораживает воздействие этого энергоэффективного света. Возможно, такие лампы могут отрицательно сказаться на биологических часах человека. Дело в том, что свет ..
2011-10-20 7467 5 Технология
0
Британцы мумифицировали таксиста по египетскому рецепту
Те или иные способы бальзамирования тел умерших человечество практиковало и после эпохи древнего Египта. Но авторы необычного опыта считают, что именно они первыми наиболее точно и полно восстановили тот, легендарный способ фараонов. Эксперимент провели химик Стивен Бакли (Stephen Buckley) ..
2011-10-20 2462 0 Технология
0
Новая технология РЛС позволит видеть сквозь стены
Способность видеть сквозь стены – уже не предмет научной фантастики, благодаря новой технологии «радар», разработанной в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института. Так же, как люди и другие животные видят через волны видимого света, которые отражаются от объектов,  видит ..
2011-10-21 5666 0 Технология
1
В России грядет биореволюция
В эти дни в Москве прошло первое собрание технологической платформы "Биоиндустрия и Биоресурсы - БиоТех-2030". Будущее биотехнологии России - в лабораториях биологического факультета Московского университета. Альянс Московского государственного университета имени Ломоносова и корпорации "Ростехнологии" приносит первые плоды."Роли тут совершенно понятны. "Ростехнологии" ..
2011-10-22 2582 0 Технология
0
Биокомпьютеры будут основаны на живых организмах
Иссле­до­ва­тели из Импер­ского Кол­ле­джа в Лон­доне, пока­зали, что они могут постро­ить логи­че­ские эле­менты, кото­рые исполь­зу­ются для обра­ботки инфор­ма­ции в таких устрой­ствах, как ком­пью­теры и мик­ро­про­цес­соры, из без­вред­ных бак­те­рий кишеч­ника и ДНК. Это самые совре­мен­ные био­ло­ги­че­ские вычис­ли­тель­ные ком­плексы когда-либо создан­ные уче­ными. Про­фес­сор Ричард ..
2011-10-23 2237 0 Технология
0
Тротуар стадиона замостят плиткой, собирающей энергию шагов
Нехитрые устройства, которые поместят на тротуар, будут конвертировать энергию ходьбы туристов в электричество. Генератор электричества, работающий от кинетической энергии прохожих, создан британской компанией Pavegen Systems. Её руководителю Лоренсу Кембел-Куку пришла в голову мысль о том, что на популярных туристических ..
2011-10-23 2464 0 Технология
0
Израиль продемонстрировал миру квантовую левитацию
Серия новых опытов в яркой и наглядной форме продемонстрировала зрителям удивительные квантовые эффекты. Парящие без видимой поддержки предметы - можно ли придумать что-то лучшее для того, чтобы обычный человек мог "пощупать" квантовую физику? Ученые из университета Тель-Авива поставили несколько ..
2011-10-23 3374 0 Технология
0
Германия: ветряная и солнечная энергетика
В Германии, где к 2020 году более 30 проц электроэнергии предполагают производить на базе альтернативных источников, в ближайшие годы запланировано строительство до 30 тепловых электростанций, работающих на природном газе. Ориентированная на "зеленые" технологии электроэнергетика страны отдает предпочтение солнечным и ветряным электростанциям. ..
2011-10-23 5373 0 Технология
0
Свет заставили гнуть кремниевый мостик
Ученые создали микроскопический переключатель, для изменения положения которого используется свет. Статья ученых появилась в журнале Nature Nanotechnology, а ее краткое изложение приводит ScienceNOW. Устройство представляет собой кремниевый мостик-резонатор с линейными размерами 10 микрометров в длину, 0,5 микрометра в ширину и 110 микрометров в толщину. ..
2011-10-24 2290 0 Технология
0
Объем российского рынка инноваций составит 40 млрд рублей
«Только предприятия, созданные при участии «Роснано», до конца 2011 года произведут продукции более чем на 20 млрд рублей, а с учётом независимых производителей объём нового рынка составит около 40 млрд рублей», – сообщил вице-премьер РФ Сергей Иванов, выступая сегодня на IV Международном форуме ..
2011-10-27 2624 0 Технология
0
Руснанотех-2011 открылся в Москве
Четвертый международный форум по нанотехнологиям "Руснанотех-2011", в котором примут участие ведущие ученые и бизнесмены из стран Европы, Азии и Австралии, открылся сегодня в Москве. "На традиционной выставке инновационной продукции - "РуснанотехЭкспо-2011", которая пройдет в рамках форума с 26 по 28 октября, свои проекты ..
2011-10-27 2239 3 Технология
0
Ученые создали искусственную кожу из нанотрубок
Ученые Стэнфордского университета изобрели  искусственную кожу, которая ощущает нажатия, щепотки и прикасания. Датчики, изготовлены из силиконовой пленки и матрицы жидких углеродных нанотрубок обеспечивают возврат материала в его первоначальную форму, не смотря на количество проделанных над ним действий.  В сжатом виде, прохождение ..
2011-10-27 2963 0 Технология
0
В США проходит международный конкурс энергоэффективных домов
В США прошел Международный конкурс энергоэффективных домов. Мероприятие организовано министерством энергетики США и собрало 19 команд студентов-архитекторов из Америки, Китая и Новой Зеландии. Экспертная комиссия оценивала дома по десяти признакам, за каждый из которых был максимум 100 очков. Выиграла та команда, которая набрала ..
2011-10-27 2570 0 Технология
0