Ученые ЮУрГУ, МГУ им. М.В. Ломоносова и ФТИАН разработали альтернативный метод оперирования с кутритами — троичными ячейками для вычислений в возможных квантовых троичных компьютерах будущего.
Вся компьютерная информация состоит из «битов» и «байтов» — двоичных единиц, которые могут принимать значения 0 или 1. В приложении к квантовым вычислениям — это «кубиты» (quantum bits). В 1970-е годы в СССР и других странах были попытки создания троичной системы, в которой единицей информации служил «трит», способный принимать значения 0, 1 и 2. Считалось, что созданные на ее основе «троичные» компьютеры будут на порядок более производительными. В МГУ им. М.В. Ломоносова тогда была создана вычислительная машина «Сетунь», основанная на троичной системе счисления. Однако это направление не получило развития.
Квантовые вычисления оживили забытый термин, добавив приставку «ку-» и наполнив его новым смыслом. Существует мнение, что использование кутритов вместо кубитов позволит существенно упростить реализацию некоторых квантовых алгоритмов и увеличить производительность квантовых компьютеров.
Кутрит — это квантовая ячейка, имеющая три возможных состояния. Кубит можно представить как состояние фотона, суперпозицию в базисе двух состояний поляризации — горизонтальной и вертикальной. Для описания пары фотонов в двух поляризационных модах понадобятся уже три базисных вектора: оба фотона в горизонтальной поляризации, оба в вертикальной и один в горизонтальной, один в вертикальной.
Традиционно определяя состояние кутрита, пару фотонов разделяли на два канала, и в каждом изучали их как кубиты, а потом сводили картину воедино. Авторы исследования для характеризации состояния кутрита использовали альтернативный метод томографии, при котором трехмерная картина строится из послойных изображений. Технически это выглядит так. На вход (из оптоволоконного кабеля, например) поступает пара фотонов, они проходят через поляризатор, а на выходе установлена пара счетчиков, регистрирующих фотоны с вертикальной и горизонтальной поляризацией соответственно.
Учеными был поставлен эксперимент: приготовлены 9 базисных состояний; потом для каждого из пяти вариантов углов поворота фазовой пластинки было произведено 10 измерений с временем накопления 30 секунд. Это соответствует обработке выборки объемом 10000 элементов. Результаты показали, что состояния фотонов при таком подходе достигаются с высокой точностью, то есть полученные кутриты — качественные.
По мнению исследователей, введение новой размерности может обеспечить логарифмический рост мощности квантовых вычислительных устройств по сравнению с аналогичными «кубитными», но все нюансы пока учесть сложно.