3.10.2. Квантова пам’ять
Квантові комп’ютери не можуть працювати без засобів зберігання інформації – квантової пам’яті. Вона використовується для зберігання інформації при проведенні квантових обчислень. Щоб передавати кубіти на значну відстань, можна використовувати, наприклад, окремі одиничні фотони, які відносно слабо взаємодіють з навколишнім середовищем. Фотони, як носії інформації, використовуються наприклад, в квантовій криптографії.
Зберігання світлових імпульсів у визначеному місці принципово важливе для майбутніх квантових комп’ютерів. Воно може бути реалізованим, наприклад, при пропусканні лазерних імпульсів через середовище, що ставало непрозорим під дією випромінювання іншого лазера.
Проте, якщо фотони здійснюють тривалу подорож по якомусь середовищу, то їх „правильний” стан, в якому закодований стан кубіта, може поступово деградувати. Щоб уникнути втрат інформації, учені застосували квантові ретранслятори, які „ловлять” згасаючий сигнал, розшифровують його і знову випускають. Короткочасне зберігання і повторне випускання фотона якраз і відбуваються в квантовій пам’яті.
В 2004 році була створена квантова пам’ять, яка функціонує при температурі близькій до кімнатної. Основним компонентом приладу є скляна посудина з парами спінполяризованих атомів цезію. Щоб зберегти в них інформацію, закодовану у фотонах, учені впливали на атоми особливим чином налагодженим лазером. У результаті стани кубіта зберігалися в спінах електронів і ядер атомів цезію. Щоб витягувати інформацію з атомів цезію, фахівці знов впливали на них лазером з іншими характеристиками - у результаті генерувалися фотони, які могли передаватися далі до кінцевого пункту призначення.
Німецьким вченим вдалося нещодавно продемонструвати дивний ефект, коли світло, що йде крізь середовище з неоднорідним показником заломлення, надовго в ньому „застряє”, потрапляючи на замкнуті орбіти руху.
Якщо
пустити промінь світла крізь середовище
з безладно розподіленим коефіцієнтом
заломлення, то окремі фотони хаотично
відбиватимуться і заломлюватимуться
в даному середовищі, тобто відбуватиметься
так звана дифузія світла. Щоб спостерігати
описаний вище ефект, треба приготувати
таке середовище, в якому розподіл
коефіцієнта заломлення був би максимально
хаотичним (іншими словами, щоб довжина
вільного пробігу від зіткнення до
зіткнення не перевищувала довжини хвилі
світла), але щоб при цьому не було
поглинання світла. Таким середовищем
може бути, наприклад, суспензія
(діоксид титану), у якій практично не
поглинається світло. Якщо тепер виготовити
речовину з дрібнішими зернами діоксиду
титану, то, можливо, вдасться досягти і
ефекту повної локалізації світла
3.10.3. Квантова шина
Ще один необхідний пристрій для квантового комп’ютера — квантова шина для обміну інформацією. „Віртуальна шина“, по якій курсують біти інформації, може стати наріжним каменем в архітектурі квантових комп’ютерів. У працюючому комп’ютері жоден кубіт не відокремлений. Кубіти пам’яті повинні взаємодіяти один з одним, а також з блоками логіки, управління і вводу/виведення. Для полегшення зв'язку деякі вчені пропонують замість квантової шини „літаючі” кубіти, що курсують всередині комп’ютера і зближуються для обміну інформацією. Модель перетворення матеріальних кубітів в „літаючі”, (скоріше всього - це фотони) може бути ще одним можливим вирішенням проблеми. Проте розробка необхідного з’єднання між речовиною і фотонами, або стаціонарними і „літаючими” кубітами пов’язана з багатьма труднощами.
На думку багатьох учених, що працюють в області розробки квантового комп’ютера, результати наукових розробок наблизяться до стадії комерційного використання приблизно до 2020 року. До цього ж часу буде досягнута межа в існуючій напівпровідниковій технології, оскільки вже зараз доріжки, по яких в процесорі поширюється електричний сигнал, мають ширину біля сотні атомів. Подальше їх звуження можливе лише до певної межі. Вже зараз починають з’являтися фірми (наприклад, D-Wave), які, орієнтуючись на перспективу, планують пов’язати свою основну діяльність з квантовими комп’ютерами.