Физики из университета Вены и Австрийской академии наук придумали и продемонстрировали новую схему квантовых вычислений, в которых одна логическая схема может одновременно проводить несколько разных вычислительных операций, говорится в статье, опубликованной в Nature Communications.

Квантовые компьютеры создаются из так называемых кубитов – квантовых битов, значение которых кодируется в свойствах квантовых объектов, например, в спине электрона. Если в классических битах может кодироваться одно из двух значений – 0 или 1, то кубиты могут находиться в состоянии суперпозиции этих двух состояний, при измерении кубита состояние суперпозиции коллапсирует, он принимают определенное значение, что и дает результат. Квантовые вычислительные устройства, как полагают ученые позволят решать некоторые типы задач значительно быстрее самых мощных «классических» компьютеров.

Квантовые логические элементы (гейты или вентили) образуют определенные цепочки, в которых они срабатывают в определенной последовательности, один за другим. Теоретик Часлав Брукнер из Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук предположил, что в состоянии суперпозиции двух состояний могут находиться не только отдельные квантовые биты, но и целые логические цепочки из них.

То есть в «нормальном» случае элементы схемы срабатывают либо в одном порядке, либо в другом. В случае суперпозиции схема работает одновременно в двух и более вариантах последовательностей срабатывания. Если эту схему удастся реализовать, то с одной стороны можно значительно сократить время расчетов, а с другой – уменьшить число необходимых для вычислений кубитов.

Коллеги Брукнера, экспериментаторы под руководством Филипа Уолтера, смогли проверить эту теоретическую концепцию. Они провели серию экспериментов с парами фотонов, которые образовывали два квантовых логических элемента A и B. Они привели схему из этих элементов в состояние суперпозиции и установили, что, в соответствии с законами квантовой механики, невозможно определить, какая из двух последовательностей срабатывает первой – сначала А, а поток В или В, а затем А.

Таким образом, они впервые доказали осуществимость нового типа квантовых вычислений, в которых одновременно и на одних и тех же элементах могут реализоваться несколько вычислительных операций.