Источник: minobrnauki.gov.ru
Исследователи из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) предлагают новый компонент памяти для вычислительной техники будущего. Ученые разработали математическую модель, которая выполняет квантовые вычисления с применением так называемых клеточных автоматов. Как отмечают в вузе, предложенная теоретическая модель — наиболее эффективная из основных существующих концепций по созданию единиц памяти для компьютеров будущего. Исследование выполнено в рамках госзадания Минобрнауки России.
Квантовые компьютеры, в отличие от традиционных, будут оперировать не двоичным кодом (битами), а кубитами. Если бит — это или 0, или 1, то кубит — это и 0, и 1. То есть единица информации может одновременно оперировать двумя значениями параллельно. Теоретически за счет этого и возможно повышение быстродействия как минимум в два раза.
Ученые прогнозируют, что высокая скорость расчетов квантовых компьютеров упростит решение задач в области развития искусственного интеллекта и больших объемов данных, будет полезна в квантовой химии, биотехнологиях и других сферах.
Квантовый компьютер пока не создан. Требуется разработать относительно недорогую компонентную базу, на которой можно было бы реализовать принципы его работы. Сегодня активно ведутся работы в области разработки новых материалов для создания устройств по сохранению и передаче информации, а также методов их применения.
Российские ученые разработали математическую модель, с помощью которой можно выполнять квантовые вычисления с применением так называемых клеточных автоматов.
По словам старшего научного сотрудника кафедры автоматики и процессов управления Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и заведующего кафедрой математического моделирования Северо-Кавказского федерального университета Павла Ляхова, клеточные автоматы — это математическая модель, которую можно представить как тетрадный лист, в котором каждая клетка имеет квантовое состояние, кодируемое определенным образом. При этом выполнение различных действий (например, математических операций) в одной клетке влияет на все остальные, расположенные по соседству. Каждая клетка выступает единицей памяти, то есть кубитом.
Предложенная модель умеет выполнять операции сложения и вычитания. Она была отработана на стандартном программном обеспечении для диагностики подобных моделей. Оказалось, что для работы алгоритмов потребовалось гораздо меньше ресурсов, чем у всех известных аналогов. Кроме того, удалось добиться хороших показателей по компактности и энергоэффективности.
«Пока в сфере создания квантовых компьютеров сложилась парадоксальная ситуация: сегодня предложено большое количество теоретических проектов, алгоритмов и принципов работы. Однако пока отстает материальная сфера, ученые не могут воплотить многие идеи на практике. Как только эффективная элементная база будет создана, мы сможем реализовать наше устройство. В будущем планируем создать действующий прототип», — добавляет Павел Ляхов.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Applied Sciences.
