Следует отказаться от традиционной бинарной системы при разработке сверхбыстрых квантовых компьютеров. Переход на новую пятирежимную систему позволит упросить построение сверхмощных машин. Об этом заявляют Мэтью Нили (Matthew Neeley) и его коллеги из Университета Калифорнии (University of California) в Санта-Барбаре.

До сих пор разработка квантовых компьютеров следовала традиционной бинарной вычислительной модели. Она кодирует всю информацию при помощи компонентов, которые могут находиться в двух состояниях, 0 или 1. Но существуют и другие возможности. Нили объясняет, что можно использовать тернарную систему с тремя цифрами, и тогда основные единицы должны стать троичными, или тритам (trinary digit), то есть будут, по сути, трехпозиционные переключатели. Один трит будет содержать больше информации, чем обычный бит.

Команда Нили уже построила квантовый компьютер, чьи стандартные блоки имеют пять основных состояний. До сих пор стандартные блоки квантовых компьютеров были бинарными квантовыми битами (кубитами), которые кодировали два положения в квантовый спин атомов, электронов или протонов. Способность таких частиц игнорировать обычную логику и существование сразу в нескольких квантовых состояниях должны однажды позволить квантовым компьютерам выполнять огромное количество вычислений одновременно.

Исследователи использовали сверхпроводящий алюминий и кремниевую схему на сапфировой подложке для получения пятирежимных кубитов или кудитов (qudit). В кудитах содержится еще больше информации, чем в кубитах, что позволит производить вычисления с меньшим количеством кудитов, поясняют ученые. Возбуждая микроволновые фотоны пяти различных частот в схеме, они смогли способствовать их переходам между пятью дискретными энергетическими уровнями. Также был разработан метод квантового измерения, который позволяет различать между собой эти уровни.

Однако один кудит мало что дает. Джонатан Хоум (Jonathan Home) из Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) в Боулдере заявил, что команде Нили необходимо расширить эту базовую систему, чтобы два или более кудитов могли передавать информацию между собой, позволяя осуществлять более сложные вычислительные операции. "Разработка такого рода систем, где два кудита взаимодействуют, но по-прежнему сохраняют интересные свойства пятирежимной системы, и будет главной задачей", — говорит Хоум.

Потенциальные возможности квантовых компьютеров уже вызывают интерес Управления перспективных исследований (Advanced Research Projects Agency) США, которое надеется использовать их для взлома кодов. Это управление уже оказывает поддержку исследованиям Хоума в области квантовых компьютеров, работающих при комнатной температуре, чтобы бинарные кубиты могли взаимодействовать и обмениваться информацией. Последние результаты показывают, что ионы магния могут использоваться для остановки взаимной дестабилизации кубитов из-за передачи тепла, равно как и их квантовых состояний.

Этот трюк использует плотно сжатую цепочку ионов бериллия в качестве кубитов, в то время как прилегающие ионы магния поглощают все тепло. Тепло, как правило, приводит к разрушению квантовой информации. "И это откроет путь крупномасштабным квантовым вычислениям, поскольку это служит важной задаче — передаче информации", — говорит Хоум.