Спецпроекты

Создан квантовый компьютер «для бедных», способный работать при комнатной температуре

7378
Интеграция Электроника ИТ в госсекторе Техника

Опираясь на законы спинтроники, американско-японская группа ученых создала вероятностный компьютер на базе p-битов. Они могут использоваться как квантовые q-биты, но при этом способны работать при комнатной температуре и взаимодействовать с большим количеством соседних битов.

Вероятностный компьютер

Исследователи из японского Университета Тохоку и американского Университета Пердью создали нетрадиционную спинтронную вычислительную схему и доказали с ее помощью практическую применимость концепции так называемых вероятностных вычислений. Исследования велись при участии нынешнего президента Университета Тохоку профессора Хидео Оно (Hideo Ohno), их результаты были опубликованы в журнале Nature.

Вероятностные вычисления выполняются с использованием вероятностных битов, или p-битов, состояние которых колеблется во времени между 0 и 1. Они аналогичны квантовым вычислениям, где используется суперпозиция 0 и 1 квантовых битов, или q-битов.

Исследовательской группе удалось создать спинтронный p-бит со стохастическим магнитным туннельным переходом (s-MTJ). Также команда создала элементарный вероятностный компьютер, вдохновленный концепциями асинхронных нейронных сетей. С использованием этого компьютера в качестве примера решения задач оптимизации, была произведена факторизация целых чисел, то есть разложение их на простые множители.

В ходе процедуры был использован модифицированный алгоритм квантового отжига и реализовано взаимодействие до четырех тел. Исследователям удалось разложить 35 на 5 и 7 с помощью четырех p-битов, 161 — на 23 и 7 с помощью шести p-битов, и 945 — на 63 и 15 с помощью восьми p-битов.

«Бит для бедных»

Напомним, большая часть q-битов работает при чрезвычайно низкой температуре и зачастую взаимодействует только с соседними q-битами. В отличие от них, спинтронные p-биты, которые могут использоваться как q-биты, работают при комнатной температуре с несколькими p-битами даже на больших расстояниях, при этом существует возможность их корреляции электрическими средствами.

Спинтронные p-биты можно реализовать с помощью небольшой модификации зрелой энергонезависимой памяти, такой как магниторезистивная память с произвольным доступом (MRAM). Плотность ее интеграции существенно превышает мегабитный диапазон. В этом смысле развитый р-бит можно рассматривать как «q-бит для бедных», считают в японском университете.

Так выглядит на фото вероятностный компьютер

Созданная спинтронная вычислительная схема лучше всего подойдет для тех классов задач, где допустимы приближенные решения. Это связано с тем, что вероятностный компьютер использует естественную стохастичность s-MTJ вместо того, чтобы искусственно вводить ее в детерминистический компьютер.

Ученые пришли к выводу, что вероятностные компьютеры спинтроники выигрывают в сравнении с квантовыми компьютерами, поскольку могут работать при комнатной температуре, позволяют простую реализацию взаимодействия многих тел и располагают зрелыми фундаментальными технологиями MRAM.

Зачем нужны квантовые компьютеры

Современные ПК достаточно успешно работают с большими массивами данных, находя в них алгоритмы и отдельные сведения. Но там, где закономерность не прослеживается из-за недостатка информации, или, наоборот, из-за слишком большого ее объема, традиционные компьютеры не могут помочь. Однако с этими задачами могут справиться квантовые вычислительные системы, превосходство которых над традиционными было неоднократно доказано.

Квантовый компьютер можно применить для решения проблем моделирования в области химии, поскольку традиционная техника не может, например, смоделировать квантовые состояния даже простой молекулы из-за их большого количества. Компании вроде IBM уже разработали методики, позволяющие исследовать симуляцию химических задач с помощью квантовых процессоров. В перспективе на квантовых компьютерах можно будет осуществлять моделирование сложных молекул и высокоточное предсказание химических свойств.

Квантовые приложения в дальнейшем могут быть использованы для создания новых медикаментов, поскольку с их помощью можно моделировать сложные молекулярные и химические реакции. Также они найдут применение в глобальной логистике, где помогут в построении каналов поставок в наиболее загруженные периоды — например, в праздничный сезон. В сфере инвестиций квантовые инструменты применимы для моделирования финансовых данных и ликвидации факторов риска в процессе инвестиций.

Кроме того, они дадут возможность осуществлять поиск по чересчур большим массивам данных с помощью усиленного искусственного интеллекта, что пригодится при поиске изображений или видео. Также квантовые алгоритмы смогут повысить безопасность облачных вычислений и конфиденциальной информации за счет законов квантовой физики.



Тема месяца

Обзор: Телеком 2019

Крупнейшие телекоммуникационные компании и крупнейшие поставщики ИТ в телеком

Технология месяца

6G перебьет аппетит к 5G?

Сети 6G, как ожидают аналитики, начнут появляться уже через пять-десять лет.