Исследователи из университета Гриффита (Griffith University) и университета Квинсленда (University of Queensland) успешно преодолели одну из трудностей реализации технологий квантовых вычислений. Они максимально упростили и экспериментально продемонстрировали работоспособность одного из базовых логических элементов - квантового вентиля Фредкина (quantum Fredkin gate), на основе которого можно реализовывать сложные алгоритмы обработки квантовой информации.

"Основным преимуществом квантовых компьютеров является беспрецедентная вычислительная мощность, обеспечиваемая ими по сравнению с традиционными вычислительными системами" - рассказывает доктор Рэдж Патель (Raj Patel), ученый из Центра квантовой динамики университета Гриффита, - "Но, подобно ядру обычного компьютера, ядро квантового компьютера также состоит из цепочек базовых логических элементов, работа которых основана на использовании явлений квантовой механики".

Основной задачей, которая стоит перед разработчиками квантовых вычислительных систем любого уровня, является снижение количества ресурсов, требующихся для реализации базовых логических функций. "Для создания больших и сложных квантовых схем требуется соединение множества логических элементов. И если нам удастся снизить сложность самих этих элементов, то это позволит снизить сложность системы в целом, не жертвуя ее функциональностью" - рассказывает доктор Патель, - "И в нашей работе мы продемонстрировали то, что создание сложных квантовых схем может быть выполнено без необходимости использования множества логических элементов более низкого уровня".



Вентиль Фредкина представляет собой логический элемент, реализующий функцию управляемой перестановки (controlled-SWAP). Эта функция заключается в обмене значениями двух кубитов в зависимости от значения третьего кубита. Традиционная реализация вентиля Фредкина при помощи запутанных фотонов требует наличия квантовой схемы из пяти элементов. "Существует множество алгоритмов квантовых вычислений, которые требуют наличия функции управляемой перестановки. Примером такого алгоритма является алгоритм Шора, выполняющий поиск простых чисел" - рассказывает доктор Патель.

Более того, вентиль Фредкина является универсальным двунаправленным логическим элементом, зная значения его выходных параметров, можно узнать значения входных параметров. Эта обратимость полезна как при реализации квантовых вычислений, так и при реализации технологий безопасных квантовых коммуникаций, где функция элемента может быть использована для проверки идентичности двух последовательностей, двух цифровых подписей.

"Самым интересным в созданной нами схеме является то, что ее возможности не ограничены лишь сигналом, подаваемым на управляющий вход, который определяет, будет ли произведен обмен значений кубитов. Дополнительные возможности управления могут быть использованы для реализации множества других квантовых операций, открывая новые способы эффективного управления большими квантовыми схемами" - рассказывает профессор Джефф Прайд (Geoff Pryde), - "И все это позволит нам реализовать то, что раньше было вне пределов нашей досягаемости".