Det kan fortfarande gå decennier innan kvantdatorer är redo att lösa problem som dagens klassiska datorer inte är snabba eller tillräckligt effektiva för att lösa, men den framväxande "sannolikhetsdatorn" kan överbrygga klyftan mellan klassisk och kvantberäkning.

Ingenjörer vid Purdue University och Tohoku University i Japan har byggt den första hårdvaran för att demonstrera hur de grundläggande enheterna för vad som skulle vara en probabilistisk dator-kallad p-bits-kan utföra en beräkning som kvantdatorer vanligtvis skulle behöva utföra.

Studien, publicerad i Natur på onsdagen (18 september), introducerar en enhet som fungerar som en grund för att bygga probabilistiska datorer för att mer effektivt lösa problem inom områden som läkemedelsforskning, kryptering och cybersäkerhet, Finansiella tjänster, dataanalys och logistik i leveranskedjan.

Dagens datorer lagrar och använder information i form av nollor och sådana som kallas bitar. Kvantdatorer använder qubits som kan vara både noll och en samtidigt. År 2017, en Purdue -forskargrupp ledd av Supriyo Datta, universitetets Thomas Duncan Distinguished Professor of Electrical and Computer Engineering, föreslog idén om en sannolikhetsdator som använder p-bitar som kan vara antingen noll eller en vid varje given tidpunkt och snabbt fluktuera mellan de två.

"Det finns en användbar delmängd av problem som kan lösas med qubits som också kan lösas med p-bitar. Du kan säga att en p-bit är en" fattig mans qubit, "Sa Datta.

Medan qubits behöver riktigt kalla temperaturer för att fungera, p-bitar fungerar vid rumstemperatur som dagens elektronik, så att befintlig hårdvara kan anpassas för att bygga en probabilistisk dator, säger forskarna.

Teamet byggde en enhet som är en modifierad version av magnetoresistivt slumpmässigt åtkomstminne, eller MRAM, som vissa typer av datorer använder idag för att lagra information. Tekniken använder magneternas orientering för att skapa motståndstillstånd som motsvarar noll eller en.

Tohoku -universitetets forskare William Borders, Shusuke Fukami och Hideo Ohno ändrade en MRAM -enhet, vilket gör det avsiktligt instabilt att bättre underlätta p-bitars förmåga att fluktuera. Purdue-forskare kombinerade denna enhet med en transistor för att bygga en treterminalenhet vars fluktuationer kunde kontrolleras. Åtta sådana p-bitar var sammankopplade för att bygga en probabilistisk dator.

Kretsen lyckades framgångsrikt lösa det som ofta betraktas som ett "kvant" -problem:Bryta ner, eller factoring, nummer som 35, 161 och 945 i mindre antal, en beräkning som kallas heltalsfaktorisering. Dessa beräkningar ligger väl inom möjligheterna för dagens klassiska datorer, men forskarna tror att det probabilistiska tillvägagångssättet som visas i detta dokument skulle ta mycket mindre utrymme och energi.

"På ett chip, denna krets skulle ta upp samma område som en transistor, men utföra en funktion som skulle ha tagit tusentals transistorer att utföra. Det fungerar också på ett sätt som kan påskynda beräkningen genom parallell drift av ett stort antal p-bitar, "sa Ahmed Zeeshan Pervaiz, en doktorsexamen student i el- och datateknik på Purdue.

Realistiskt sett, hundratals p-bitar skulle behövas för att lösa större problem-men det är inte så långt ifrån, säger forskarna.

"Inom en snar framtid, p-bitar kan bättre hjälpa en maskin att lära sig som en människa gör eller optimera en väg för varor att resa till marknaden, "sade Kerem Camsari, en postdoktor i Purdue inom el- och datateknik.