Международная группа учёных разработала теоретическую модель квантового компьютера с квантовыми батареями в качестве источника энергии.
В исследовании участвовали специалисты из австралийского научного агентства CSIRO, Университета Квинсленда и Института науки и технологий Окинавы. По их расчетам, такие батареи могут значительно ускорить вычисления, снизить энергопотребление и снять ограничения на масштабирование квантовых систем.
Одна из ключевых проблем современных квантовых компьютеров — не их алгоритмы, а инфраструктура. Для их работы нужны мощные системы охлаждения, сложная проводка и громоздкое оборудование. Чем больше кубитов в системе, тем больше тепла выделяется, и тем больше требуется кабелей, источников питания и охлаждения. В какой-то момент инженеры сталкиваются с ограничениями по пространству, теплоотводу и энергопотреблению.
Авторы работы показали, что миниатюрные квантовые батареи, встроенные в вычислительную систему, могут увеличить емкость по кубитам примерно в четыре раза. Вместо постоянного внешнего питания система частично работает за счет внутреннего перераспределения энергии. Это снижает нагрузку на инфраструктуру и позволяет плотнее размещать компоненты.
Квантовая батарея отличается от традиционных аккумуляторов.
В ней нет химических реакций. Энергия накапливается за счет взаимодействия с излучением и восстанавливается при облучении. Внутри квантового компьютера батареи образуют замкнутый контур с постоянной циркуляцией энергии между компонентами. Модель предполагает квантовую запутанность между блоками питания и вычислительными элементами.
Интересен и эффект скорости работы системы. В обычных архитектурах рост сложности замедляет обработку данных. В этой модели производительность растет с добавлением кубитов. Такой подход ломает привычные представления о масштабировании вычислительных систем.
Следующий шаг — создание физического прототипа с квантовыми батареями.
Сами батареи пока на ранней стадии развития, но концепция задает новое направление исследований. Если такие системы удастся реализовать, квантовые машины будут быстрее и менее зависимы от инфраструктуры. Это изменит подход к созданию вычислительных центров и ускорит развитие квантовых технологий в науке, медицине и других сферах.