Розділ 5.6: Квантове обладнання: кубіти, шлюзи та з’єднання

Квантова техніка — це фізичний апарат, який використовується для квантових обчислень, і складається з кубітів, воріт і з’єднань. Розробка квантового обладнання стала критичним кроком до реалізації квантових обчислень.

У 1985 році Пол Беніофф запропонував перший кубіт, який припустив, що квантовий комп’ютер можна побудувати шляхом маніпулювання окремою частинкою, такою як електрон, у магнітному полі. У 1995 році перший кубіт був експериментально реалізований Ісааком Чуангом і його колегами з IBM, які використовували ядерний магнітний резонанс (ЯМР), щоб маніпулювати обертанням одного протона.

З того часу було запропоновано та розроблено кілька різних фізичних систем як кубіти, включаючи надпровідні схеми, захоплені іони та фотоніку. Надпровідні кубіти є одними з найбільш перспективних кандидатів для квантових обчислень, і вони були розроблені кількома компаніями, включаючи IBM, Google і Rigetti.

Окрім кубітів, квантові ворота також мають вирішальне значення для квантових обчислень. Квантові ворота є еквівалентом класичних логічних воріт, і вони використовуються для маніпулювання станом кубітів. Перший квантовий вентиль був запропонований Девідом Дойчем у 1989 році, і він складався з керованого НЕ вентиля, який перевертає стан цільового кубіта, якщо контрольний кубіт перебуває в стані |1>.

З тих пір було запропоновано та розроблено кілька різних типів квантових воріт, у тому числі ворота Адамара, фазові воріт і T-ворота. Ці вентилі разом із вентилем керованого НЕ складають основу більшості квантових алгоритмів.

Інтерконнекти також мають вирішальне значення для квантових обчислень, оскільки вони дозволяють кубітам спілкуватися один з одним. Розробка інтерконнектів була серйозною проблемою, оскільки кубіти дуже чутливі до шуму та декогеренції, і будь-яке зовнішнє втручання може порушити крихкий квантовий стан.

Було запропоновано кілька різних підходів для з’єднань, включаючи мікрохвильові резонатори, фотоніку та іонні пастки. Розробка надійних і масштабованих міжсистемних з’єднань залишається серйозною проблемою в галузі квантових обчислень.

Підводячи підсумок, можна сказати, що розробка квантового обладнання стала критичним кроком до реалізації квантових обчислень. Розробка кубітів, воріт і інтерконнектів була серйозною проблемою, тому було запропоновано та розроблено кілька різних фізичних систем і підходів. Незважаючи на те, що багато проблем залишається, прогрес квантового апаратного забезпечення був швидким, і це обіцяє майбутнє квантових обчислень.