Китайская команда создала самый быстрый в мире квантовый модуль памяти для соединения старых данных с кубитами

Исследователи из Чжэцзянского университета в Китае разработали первый в мире сверхбыстрый квантовый модуль оперативной памяти (QRAM), что устраняет серьезное препятствие на пути развертывания квантовых компьютеров в реальных условиях. Этот чип позволит квантовым вычислительным машинам работать с данными, хранящимися в классических двоичных форматах, и решать основные проблемы, стоящие перед современным миром.

Квантовые вычисления, считающиеся следующим рубежом в области вычислительной техники, используют квантовые состояния материи для выполнения сложных расчетов с головокружительной скоростью. В отличие от двоичных битов, которые хранят информацию либо как 0, либо как 1, квантовые компьютеры используют кубиты, способные одновременно хранить значения 0 и 1, а также промежуточные состояния. Это позволяет квантовым компьютерам обрабатывать информацию экспоненциально быстрее, чем классические машины. Даже самые быстрые суперкомпьютеры, работающие сегодня, значительно уступают вычислительной мощи квантового компьютера с несколькими сотнями кубитов.

Однако развертывание квантовых компьютеров в реальном мире сталкивается с серьезным ограничением. Хотя университеты и крупные технологические компании успешно демонстрируют квантовые вычисления, эти эксперименты проводятся в изолированных средах со всем необходимым вспомогательным оборудованием. Данные подготавливаются для загрузки в кубиты, а после завершения вычислений считываются устройствами, оптимизированными для этой роли.

Но реальные данные, накопленные за последние десятилетия, хранятся в двоичной форме. Поэтому квантовым компьютерам нужен интерфейс, который сможет преобразовывать классические двоичные данные в формат, совместимый с кубитами. Сами вычисления происходят чрезвычайно быстро, однако преобразование классических данных в квантово-совместимый формат является главным узким местом, с которым столкнутся компании при попытке развернуть квантовые компьютеры в реальности.

Именно эту роль выполняет QRAM, который многократно обсуждался в теории, но практические демонстрации оставались ограниченными. Исследовательская группа из Чжэцзянского университета теперь создала первый в мире сверхбыстрый QRAM, способный обеспечить такое преобразование данных. В опубликованной исследователями статье подтверждается, что они реализовали архитектуру QRAM в сверхпроводящем квантовом процессоре. QRAM спроектирован так, чтобы позволить процессорам получать доступ к данным и извлекать их в состоянии суперпозиции. Исследователи успешно запустили прототип, в котором QRAM обменивался 4-битными и 8-битными данными со сверхпроводящим квантовым чипом.

Это демонстрирует, что QRAM может одновременно обрабатывать несколько входных потоков данных, устраняя главное узкое место на пути развертывания квантовых компьютеров в реальных условиях. Например, при использовании для задач по открытию новых лекарств QRAM поможет извлекать молекулярные топологические характеристики из химических баз данных и предоставлять миллионы записей в состояниях суперпозиции для обработки квантовым компьютером.

Поскольку моделирование учитывает все возможные комбинации молекулы и затем вычисляет решение, оно с высокой вероятностью найдет правильный ответ. При этом вычисления будут завершены гораздо быстрее, чем это возможно сегодня на суперкомпьютерах. Аналогичные приложения возможны и при развертывании искусственного интеллекта, где QRAM поможет справиться с проблемами больших данных в обработке естественного языка и распознавании изображений. Классические суперкомпьютеры даже близко не подходят к возможностям квантовых компьютеров, и с появлением первого сверхбыстрого QRAM — это лишь вопрос времени, когда квантовые компьютеры начнут использовать классические данные.