Сделан шаг к новому поколению квантовых компьютеров

Классическая двоичная система счисления уже более трех столетий исправно служит математическим нуждам. Однако, как показали исследования, она сильно замедляет развитие квантовых компьютеров, которые могут использовать более сложные системы. Математик Мэттью Нили уверен, что пора вводить троичную систему счисления. В интервью "Правде.Ру" его российский коллега Дмитрий Преображенский уверяет – спешить не стоит.

Бинарная система была предложена к внедрению знаменитым немецким философом Готфридом Лейбницем еще в конце XVII века. За основу этого способа представления чисел он взял древнюю тайнопись, использовавшуюся еще в 25 веке до нашей эры китайским императором Фо-Ги.

Лейбниц был уверен, что замена обычной десятичной системы на его разработку существенно упростит арифметические действия, однако мир остался по-прежнему верен римскому методу счисления. Лишь появление электронных вычислительных машин воскресило бинарную систему – используемые в ней цифры 0 и 1 очень легко кодировать при помощи уровня напряжения.

Тем не менее даже разработчики компьютеров старались перейти к более сложным, например троичным, системам расчетов. В 1959 году преподаватели и студенты Московского Государственного университета разработали новый вид ЭВМ, работающий на принципах троичной логики.

Компьютер, получивший название "Сетунь", был запущен в серийное производство. С конвейера Казанского завода математических машин сошло 50 необычных ЭВМ, которые довольно долго и успешно трудились в разных областях науки.

Однако это были лишь эксперименты и поиски нового пути в математике. Со временем двоичная система и единицы ее измерения – биты – стали основой всей вычислительной техники. И так продолжалось до недавнего времени, пока не началось развитие принципиального новых способов вычисления – квантовой математики.

Первоначально разработки квантовых компьютеров велись с расчетом на традиционную бинарную систему, но вскоре стало ясно, что потенциал новой техники может значительно возрасти при использовании других методик, в частности при введении новой единицы информации – пятипозиционного кубита.

Кубит – это квантовый разряд, который может принимать одно из двух значений – логического нуля и логической единицы. Кроме того, он может занимать сложное состояние суперпозиции, в котором совмещает свойства обоих логических оперантов. Такой кубит называется трехпозционным.

Математик Мэттью Нили и группа физиков из Калифорнийского университета смогли усовершенствовать кубит, добавив ему еще два состояния. Теперь новый кубит или, как его назвали, кудит может принимать значения, равные 0, 1 и 2, а также занимать два различных состояния суперпозиции.

Для создания кудита ученым потребовалось создать "слоеный пирог" из сверхпроводимого алюминия, кремния и сапфира, в котором и удалось воспроизвести новый вид квантовой точки. Ее существование пока возможно лишь при сверхнизких температурах, близких к абсолютному нулю.

При помощи этого вычислительного элемента можно создавать новое поколение квантовых компьютеров, оперирующих тринарной логикой.

Такие системы отдельные вычисления будут совершать на порядок быстрее бинарных аналогов, что позволит значительно повысить общую производительность. Вместе с тем, как показывает опыт компьютера "Сетунь", троичные вычислительные системы будут слабо совместимы с ныне существующей электроникой.

"Правда.Ру" решила ознакомиться с мнением специалистов и обратилась за комментариями к кандидату физико-математических наук, сотруднику Объединенного института ядерных исследований Дмитрию Преображенскому, который много лет увлекается нестандартными системами счисления.

"Еще на заре цивилизации человечество перепробовало, без сомнения, все возможные системы счисления. Выбор десятичной системы был обусловлен анатомическим строением человека. Двоичная же нашла применение из-за своей простоты.

Для того, чтобы использовать в электронике троичную систему, потребуется как минимум вдвое увеличить количество микроэлементов и шин данных на схемах, – говорит Преображенский. – Именно это стало главным препятствием для массового создания таких машин.

В случае же с квантовыми компьютерами мы сталкиваемся с поистине неограниченными возможностями. Квантовая точка в определенных обстоятельствах может находиться на одном из бесчисленного множества энергетических уровней. Проблема состоит в том, что поймать и зафиксировать его в одной из точек очень сложно.

Сейчас, когда удалось добиться стабильного переключения между тремя уровнями, мы может говорить о создании квантовых компьютеров, основывающихся на троичной логике. Но не исключено, что в дальнейшем физики найдут способ достичь четвертого, пятого или даже семидесятого стабильного энергетического уровня.

Поэтому мне кажется, что сейчас преждевременно говорить о массовом внедрении тринарной системы счисления. Возможно, не успеем мы ее ввести, как возникнет необходимость переходить на тетрарную систему и так далее. Лучше терпеливо подождать будущих результатов в разработке квантовых компьютеров – тогда и будет видно, что нас ждет".