Komputery kwantowe coraz bliżej

Zapomnijcie o dzisiejszych "wypasionych" komputerach i laptopach. Być może już za niedługo będziemy mieli sprzęt bazujący na nadprzewodzących kubitach - najmniejszych układów kwantowo-mechanicznych potrzebnych do konstrukcji komputera kwantowego. Dwie grupy badaczy, niezależnie od siebie, dokonały splątania trzech kubitów, co jest niezbędną ich liczbą do działania takiej machiny.

Komputer kwantowy wykorzystuje pomysł, oparty na splątaniu, fenomenie fizycznym, w którym stany kwantowe, przestrzennie oddzielonych systemów, zwanych kubitami, stają się faktycznie połączone. Splątanie dwu lub więcej kubitów tworzy "superpozycję" stanów, w których obliczenia mogą działać równocześnie - zasada pozwalająca komputerom kwantowym zmierzyć się w czasie rzeczywistym z problemami, na których rozwiązanie klasyczny komputer potrzebowałby eonów.

Jednak komputer kwantowy potrzebowałby setek bądź tysięcy splątanych kubitów. Maksymalnie osiągnięto 12, ale niektóre z systemów, nad którymi pracują badacze, wśród nich te, zawierające spiny jonowe, są bardzo trudne do powiększania. Jak jednak ujawnia Nature, dwie grupy badaczy osiągnęły postęp w rozwiązaniach alternatywnych: splątanie kubitów wykonano z nadprzewodzących układów, technologii odpowiedzialnej za produkcję elektronicznych chipów. Daniel Gottesman, badacz technologii kwantowych w Perimeter Institute w Waterloo, w Kanadzie, stwierdził:

Nadprzewodzące kubity są jednymi z lepszych kandydatów do budowy komputera kwantowego

Zespół kierowany przez Roba Schoelkopfa z Yale University w New Haven, Connecticut, USA osiągnął splątanie trzech kubitów w rodzaj systemu. Jak wspomniałem na początku - trójka są minimalną liczbą potrzebną do korekcji błędów kwantowych, ta zaś korekcja jest podstawowym atrybutem, jeśli komputery kwantowe miałby być w ogóle praktycznie stosowane. Taka maszyna jest bowiem podatna na przerzucanie bitów i utratę informacji, ponieważ mierzenie bitów dla sprawdzenia ich wartości podczas przetwarzania niszczy superpozycję. Ale - splątanie każdego bitu z dwoma dodatkowymi bitami czyni możliwym sprawdzenie dwóch z nich na wystąpienie błędu, podczas kiedy umożliwia się obliczanie naprzód trzeciego z nich.

Zespół użył do konstrukcji kubitów nadprzewodzących drutów aluminiowych, oziębionych niemal do temperatury absolutnego zera. Układy zostały połączone, tak więc napięcie i oscylacje prądowe przepływające przez jeden nich mogły oddziaływać na inne i splątanie było generowane przez sekwencję mikrofalowych impulsów, zmieniających stany układów. Rezultatem stała się zmiana splątania zwana stanem Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ).

Druga grupa, kierowana przez Johna Martinisa z University of California, w Santa Barbara, USA, także osiągnęła sukces w kreowaniu stanu GHZ, podobnie jak "stanu W", w którym stan superpozycyjny zawierał jeden kubit z wartością jeden i dwa inne z wartością zero. Żadna z tych grup nie używała trzech splątanych bitów do uruchomienia korekcji kwantowej. Ale Schoelkopf w swojej pracy podkreśla, że jego grupa także uruchomiła inny typ algorytmu, używający splątania dwukubitowego. Dodaje, że przyszłościowym wyzwaniem będzie znalezienie drogi do przedłużenia życia kubitów, które tracą informację po około 100 operacjach.

Emanuel Knill, ekspert informacji kwantowej w National Institute of Standards and Technology w Boulder, Colorado, USA, powiedział Nature, że nie jest przekonany do takiego postępu, bowiem trudne będzie kontrolowanie wielu kubitów poza zamrażarką. Ale dodał, iż jest zadowolony widząc, że obie grupy stworzyły stany kwantowe z przyzwoitą dokładnością, co znaczy, że stany owe są dobrym zadaniem dla naukowców pragnących je tworzyć. Wyzwaniem  jest zwiększenie ilości bramek i kubitów.

P.S. WPIS ILUSTRUJĄ ARTYSTYCZNE WIZJE KOMPUTERÓW KWANTOWYCH

Źródło: www.nature.com