Квантовий комп’ютер – який він?
Якщо ви знайдете фотографію сучасного квантового комп’ютера, то навряд чи одразу здогадаєтеся, що перед вами саме комп’ютер. Замість системного блока чи ноутбука ви побачите величезну золоту конструкцію заввишки майже три метри — приблизно як велика шафа. Залежно від моделі вона може важити від кількох сотень кілограмів до тони. Багато хто думає, що це і є квантовий процесор. Насправді процесор займає лише крихітну частину всієї установки.
Чому квантовий комп’ютер “золотий”
Золотистий колір цієї конструкції теж не випадковий. Частина її деталей виготовлена з міді та покрита тонким шаром золота. Але золото використовують не для краси і не через престиж. Воно майже не окиснюється, добре проводить електрику і забезпечує дуже надійні електричні контакти, що особливо важливо для надзвичайно чутливої наукової установки.
Де розташований квантовий процесор
Сам квантовий процесор захований у самому низу конструкції. Зовні він нагадує невеликий електронний чип розміром лише кілька сантиметрів. То ж уся ця величезна установка побудована заради одного маленького чипа. Чому так?
Причина в тому, що кубіти надзвичайно чутливі. Будь-яка взаємодія з навколишнім середовищем може змусити їх втратити свій квантовий стан. Навіть слабке нагрівання, випадкові електромагнітні завади чи механічні вібрації можуть зруйнувати обчислення ще до їх завершення. Саме тому процесор потрібно максимально ізолювати від будь-яких зовнішніх впливів.
Кріостат
Для цього використовують кріостат — один із найскладніших холодильників, створених людиною. Усередині нього температура знижується поступово, рівень за рівнем, доки в самому низу не досягає майже абсолютного нуля. Простіше кажучи, всередині квантового комп’ютера холодніше, ніж у космосі.
Такої температури неможливо досягти звичайним холодильником або навіть рідким азотом. Спочатку систему охолоджують рідким гелієм, а потім температуру ще більше знижує спеціальна кріогенна система, у якій безперервно циркулює суміш двох ізотопів — гелію-3 і гелію-4. Саме вона дозволяє підтримувати наднизьку температуру, необхідну для роботи кубітів, протягом багатьох місяців безперервної роботи.
Усередину кріостата заходять сотні спеціальних кабелів. Одні передають квантовому процесору керуючі мікрохвильові сигнали, інші зчитують результати його роботи. Ці кабелі теж охолоджуються поступово на кожному температурному рівні, інакше вони самі нагріли б процесор і завадили обчисленням.
Як працює Квантовий комп’ютер
Слід зауважити, що Квантовий комп’ютер ніколи не працює сам по собі. Поруч із ним завжди знаходиться звичайний комп’ютер. Саме на ньому запускається програма, яка формує квантову схему, керує всіма операціями, надсилає сигнали процесору, а після завершення обчислень приймає результати й аналізує їх. Тобто квантовий процесор виконує лише ту частину роботи, де потрібні квантові ефекти, а все інше бере на себе класичний комп’ютер.
Отже, сучасний квантовий комп’ютер — це не один процесор, а ціла система, у якій класичний комп’ютер, керуюча електроніка, кріостат і маленький квантовий процесор працюють як єдиний механізм.