Кубит на джозефсоновских переходах
О кубите с полным сознанием дела в настоящее время не говорит только ленивый. Но, наверное, было бы достаточно одного рассказчика, так как все говорят одно и то же.
О кубите с полным сознанием дела в настоящее время не говорит только ленивый. Но, наверное, было бы достаточно одного рассказчика, так как все говорят одно и то же. Вы можете сказать: истина одна, поэтому и рассказ один. Тогда утверждение, что квантовую механику понимает один из 10 тысяч не верно. Ее понимает каждый второй. А для популяризатора так это дважды два. Но, давайте, по существу.
Вот что пишет Википедия поэтому поводу.
Куби́т (q-бит, кьюбит, кубит;от quantum bit) — квантовый разряд или наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере.
Я нашел в Википедии статью “Физик Алексей Устинов о российских кубитах и перспективах их использования”, данные для которой взяты из “Ленты.ру”. Здесь Устинов полагает, что “кубиты, они как бы реализуются в виде совершенно разных объектов ― атомов, ионов, фотонов, спинов атомов и прочего”. Под его руководством кубит был реализован на джозефсоновском переходе. Вот как он выглядит.
Оказывается, что кубит (алюминиевая полоска) – это хранитель информации, а носителями информации являются токи, которые текут в этой рамочке в противоположных направлениях. Примерно так как я изобразил на рисунке.
Если внутренние сопротивления источников тока значительно больше сопротивления проводника, то токи от каждого источника в нем будут течь в противоположных направлениях и в любых пропорциях.
В кубите токи возбуждаются магнитными полями. Если ток, текущий, скажем по часовой стрелке, примем за единицу, то ток, текущий в противоположном направлении, будет считаться нулем. Токи могут быть различной величины и что важно – одновременно. Таких различных состояний может быть бесконечно. Каждое такое состояние может быть измерено в виде сдвига фазы некоторого сигнала, проходящего через этот кубит. Величина сдвига фазы зависит от величины тока в кубите, точнее от величины возмущения данного тока. Количество значений фаз от нуля градусов и до 360 градусов тоже бесконечно много. Поэтому каждому состоянию кубита может быть поставлено определенное состояние фазы.
Схема вроде проста, но возникает множество проблем. Одна из них – это добиться длительного хранения кубита в нужном состоянии. Внешние воздействия, особенно магнитные, стремятся разрушить состояние кубита. Хотя возбужденный ток в сверхпроводнике может течь долго, в данном случае это микросекунды, в крайнем случае миллисекунды. Что успеем за это время сделать с кубитом, то и хорошо.
Возможна и проблема в том, как эти фазы отличать друг от друга. Ну там ноль фазы легко отличить от фазы 180 градусов, 90 градусов или даже 45 или 30 градусов. Чем не сдвигай эти фазы, хоть магнитным полем, хоть ферромагнетиком, как предлагает Валерий Рязанов из Черноголовки, но вопрос, как отличить ноль градусов от 5 или 11 градусов? с повестки дня не снимется. И определение фазы надо производить в каждом такте считывания и записи. Мне представляется, что в этом случае легче работать с обычным битом. Он представлен определенным количеством электронов в емкости. И при заполнении этой емкости электронами их количество меняется также как ток в кубите. Разница только в том, что количество электронов хоть и велико, но не бесконечно. И их, возможно, считать легче, нежели точно измерять фазу. Фазу в 1 градус мы вряд ли измерим, а вот 360 электронов сосчитать легче.
Ну да дело не в этом. Хоть градусами кодируй информацию в кубите, хоть количеством электронов в бите все равно это будет только основание исчисления. Если вы кодируете (записываете и считываете) информацию нулем и единицей – это двоичное основание. При колировке нулем, единицей и минус единицей – это троичное основание. В СССР было сделано несколько компьютеров на таком основании. При этом основании двумя разрядами можно закодировать 9 чисел, в отличие от 4 чисел, закодированных двумя двоичными разрядами. А при трех разрядах количество кодируемых чисел из 8 (двоичная система) увеличивается до 27 (троичная система). И так далее.
Конечно можно петь бесконечную песню о том, что в квантовом мире все не так, а как неизвестно. Там все находится в не объяснимой суперпозиции и тому подобное. Но на выходе вы получаете конкретный осязаемый сигнал, хотя и не точный, ошибочный, вероятностный, который затем приходится править, но совершенно очищенный от всякой суперпозиции. В это время этот сигнал единственный. И никакого параллелизма здесь не наблюдается. Вот если бы вы разделили токи, представляющие ноль и единицу, и определили их фазы одновременно, то это было бы параллельное считывание. Да еще и в том случае если данные токи абсолютно не коррелируют. Можно было бы одну задачу записывать на токе по часовой стрелке, а другую на противоположном токе. Но это практически то же, что два разряда в обычном компьютере.
Данные опыты с таким кубитом производил профессор Алексей Устинов.
“Сейчас ими занимается достаточно много лабораторий в мире ― измерять свойства кубитов может около десятка коллективов, включая мой в Карлсруэ, в Германии”.
И хотя это началось более 7 лет назад видно воз и ныне там. Не заработал кубит на джозефсоновских переходах. Никакого отношения к квантовому миру он не имеет.
