Формирование измерительного канала для квантового диагностического компьютера

Современные и перспективные задачи робототехники с управлением от систем искусственного интеллекта требуют применения малогабаритных измерительных устройств. В этом случае хорошую перспективу имеют интенсивно разрабатываемые квантовые датчики и квантовые компьютеры. Их основным преимуществом является способность успешно обрабатывать данные случайных процессов с разложением сложных функций на простые множители, а также их малые габариты и способность передавать данные на большие расстояния без проводов. Данные, передаваемые по квантовым линиям связи, невозможно ни скопировать, ни перехватить, что очень полезно при удаленном управлении сложными техническими системами. По результатам анализа вероятностных зашумленных данных квантовый компьютер способен быстро выработать оценку технического состояния сложной системы. При этом нет необходимости перебирать все возможные варианты решения задачи оценивания с огромным количеством входных данных, некоторые из которых иногда могут быть не определены. Основной проблемой в исследованиях квантовых процессов является то, что исследователи изучают процессы, протекающие в материалах, но они не указывают пути применения квантовых датчиков и квантовых компьютеров в практических приложениях. В настоящей статье поясняется, как формировать измерительный канал, совместимый с квантовым компьютером, как организовать ввод информации об измеряемой физической величине в квантовый компьютер при помощи квантового датчика. Основная цель состояла в том, чтобы приблизить результаты фундаментальных исследований в области квантовых вычислений к их применению в прикладных задачах. Показано, как квантовые процессы можно переложить в область технических измерений физических величин, используемых при автоматической диагностике технического состояния сложных систем. В процессе получения результатов исследования применялся метод дедукции (выведения) заключений на основе анализа свойств объекта исследования (алмаза с NV-центром) с учетом существующих экспериментальных данных в рамках системного подхода к разработке элементов технических систем. В результате дано описание процессов в квантовом измерительном канале, который используется для ввода диагностических данных в квантовый компьютер. К основным выводам исследования нужно отнести то, что квантовые датчики, реализованные в виде измененного кристалла алмаза, хорошо описываются с помощью теории измерительных преобразователей с частотным выходом и могут быть использованы в диагностических компьютерах.

1. Массалимов Б. Квантовый компьютер из алмаза [Электронный ресурс] / АНИ «ФИ-АН-информ» // Сделано у нас. Нам есть чем гордиться. Режим доступа: https://sdelanounas.ru/blogs/46236/ (дата обращения: 07.04.2018).

2. Fedyanin D.Yu., Agio M. Ultrabright single-photon source on diamond with electrical pumping at room and high temperatures // New Journal of Physics. 2016. Vol. 18, № 7. Pp. 073012. DOI:10.1088/1367-2630/18/7/073012

3. Barfuss A. Strong mechanical driving of a single electron spin / J. Teissier, E. Neu, A. Nunnenkamp, P. Maletinsky // Nature Physics. 2015. Vol. 11, № 10. Pp. 820-824. DOI:10.1038/NPHYS3411

4. Горенштейн И.А. Гидростатические частотные датчики первичной информации. М.: Машиностроение, 1976. 182 c.

5. Эткин Л.Г. Виброчастотные датчики. Теория и практика. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 408 с.

6. Saito S. Coherent coupling between a superconducting qubit and a spin ensemble / X. Zhu, W.J. Munro, K. Semba // NTT Technical Review. 2012. Vol. 10, № 9, Sept. Pp.1-7.

7. Волков Д.И., Проскуряков С.Л. Ультразвуковой метод контроля качества режущих пластин из сверхтвердых материалов // Известия Самарского научного центра РАН. 2016. Т. 18, № 1(2). C. 166-169.

8. Sjolander T.F. 13C-decoupled j-coupling spectroscopy using two-dimensional nuclear magnetic resonance at zero-field / A. Kentner, A. Pines, M.C.D. Tayler, D. Budker // The Journal of Physical Chemistry Letters. 2017. Vol. 8, № 7. Pp. 1512-1516. DOI:10.1021/acs.jpclett.7b00349

9. Bhallamudi V.P., Hammel P.C. Nitrogen-vacancy centers: Nanoscale MRI // Nature Nanotechnology. 2015. № 10. Pp. 104-106. DOI:10.1038/nnano.2015.7

10. Ohtsu M. Dressed photon technology // Nanophotonics. 2012. № 1. Pp. 83-97. DOI: 10.1515/nanoph-2011-0001