Κβαντικοί Υπολογιστές: Μηχανικοί κατάφεραν να δεκαπλασιάσουν την σταθερότητα της στοιχειώδους μονάδας πληροφορίας τους (video)

Από στις 18 Οκτωβρίου 2016

Μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW), στην Αυστραλία, δημιούργησαν ένα νέο κβαντικό bit, μια νέα κβαντική στοιχειώδη μονάδα πληροφορίας, που παραμένει σε σταθερή υπέρθεση δέκα φορές περισσότερο από ότι είχε επιτευχθεί προηγουμένως. Αυτό επεκτείνει δραματικά τη χρονική διάρκεια κατά την οποία θα μπορούσαν να εκτελούνται υπολογισμοί σε ένα μελλοντικό κβαντικό υπολογιστή πυριτίου. Το νέο κβαντικό bit, αποτελούμενο από το σπιν ενός ατόμου σε πυρίτιο και συνδυαζόμενο με ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο – αποκαλείται «ενδεδυμένο qubit» – διατηρεί κβαντική πληροφορία για πολύ περισσότερο από ότι ένα «μη ενδεδυμένο» άτομο, ανοίγοντας νέους δρόμους για την κατασκευή και λειτουργία των υπερισχυρών κβαντικών υπολογιστών στο μέλλον.

«Αυτός ό τύπος κβαντικού bit [σπιν ηλεκτρονίου, σε συνδυασμό με ηλεκτρομαγνητικό πεδίο] είναι περισσότερο ευέλικτο και περισσότερο μακροβιότερο από ότι το ηλεκτρόνιο μόνο του και θα μας επιτρέψει να κατασκευάσουμε πιο αξιόπιστους κβαντικούς υπολογιστές», είπε ο Dr Arne Laucht, ερευνητής στο UNSW. Η κατασκευή του κβαντικού υπολογιστή αποκλήθηκε η «διαστημική κούρσα του 21_ου αιώνα» – μια δύσκολη και φιλόδοξη πρόκληση για τη δυνατότητα να παραδοθούν επαναστατικά εργαλεία για να αντιμετωπιστούν οι διαφορετικά αδύνατο να γίνουν υπολογισμοί, όπως ο σχεδιασμός σύνθετων φαρμάκων και προηγμένων υλικών ή η ταχεία έρευνα σε ογκώδεις μη ταξινομημένες βάσεις δεδομένων.

Η ταχύτητα και η ισχύς αυτών των υπολογιστών εδράζεται στο γεγονός ότι τα κβαντικά συστήματα μπορούν να φιλοξενήσουν πολλαπλές «υπερθέσεις» διαφορετικών αρχικών καταστάσεων, οι οποίες σε ένα υπολογιστή συμπεριφέρονται ως εισερχόμενα των οποίων, εναλλάξ, η επεξεργασία γίνεται στην ίδια χρονική διάρκεια. Στο δεκαετές ερευνητικό πρόγραμμα, που οδήγησε στο επίτευγμα της διαμόρφωσης του μακροβιότερου κβαντικού bit στη στερεά κατάσταση, η κωδικοποίηση της κβαντικής πληροφορίας έγινε σε άτομο φωσφόρου μέσα σε ένα τσιπ πυριτίου, με το σύστημα αυτό τοποθετημένο σε μαγνητικό πεδίο. Τώρα οι ερευνητές πάνε ακόμη παραπέρα: Εφαρμόζουν ένα νέο τρόπο κωδικοποίησης της πληροφορίας. Έχουν υποβάλλει το άτομο σε ένα πολύ ισχυρό, συνεχώς ταλαντευόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σε μικροκυματικές συχνότητες, πράγμα που επανακαθορίζει το κβαντικό bit ως τον προσανατολισμό του σπιν σε σχέση με το πεδίο μικροκυμάτων.

(a) Εικόνα από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης μιας συσκευής παρόμοιας με αυτή που χρησιμοποιήθηκε για τις μετρήσεις (b) Ενεργειακό διάγραμμα

(a) Εικόνα από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης μιας συσκευής παρόμοιας με αυτή που χρησιμοποιήθηκε για τις μετρήσεις (b) Ενεργειακό διάγραμμα

Τα αποτελέσματα είναι εκπληκτικά: Οι ερευνητές μέτρησαν χρόνο αποσυγχρονισμού σε 2,4 milliseconds, δηλαδή έγινε κατορθωτό να δεκαπλασιαστεί η διάρκεια κατά την οποία μπορεί να συντηρηθεί μια κβαντική υπέρθεση σε σχέση με ένα τυπικό qubit. Όπως δήλωσε ένας από τους ερευνητές, ο Andrea Morello, «το νέο ενδεδυμένο qubit μπορεί να ελεγχθεί με μια ποικιλία τρόπων, πράγμα που δεν θα ήταν πρακτικό να γίνει με ένα μη-ενδεδυμένο qubit. Για παράδειγμα, μπορεί να ελεγχθεί ρυθμίζοντας την συχνότητα του μικροκυματικού πεδίου, όπως ακριβώς στα FM ραδιοκύματα. Αντίθετα το μη-ενδεδυμένο qubit απαιτεί ρύθμιση του πλάτους των πεδίων ελέγχου με άνοιγμα και κλείσιμο, όπως στα ΑΜ».

Καθώς η συσκευή κατασκευάστηκε με την τυπική τεχνολογία πυριτίου, το αποτέλεσμα αυτό ανοίγει τον δρόμο για την κατασκευή ισχυρότατων και αξιόπιστων κβαντικών επεξεργαστών βασισμένων επάνω στην ίδια κατασκευαστική διαδικασία που ήδη χρησιμοποιείται στους σημερινούς υπολογιστές. Ένας λειτουργικός κβαντικός υπολογιστής θα επιτρέψει πολύ μεγάλη αύξηση της ταχύτητας και της αποτελεσματικότητας για ορισμένες υπολογιστικές εργασίες, για αυτό και η κυβέρνηση της Αυστραλίας χρηματοδότησε με 70 εκατομμύρια δολάρια Αυστραλίας την ανάπτυξη ενός πρωτότυπου κβαντικού ολοκληρωμένου κυκλώματος – το πρώτο βήμα για την κατασκευή του πρώτου κβαντικού υπολογιστή πυριτίου του κόσμου.

Δείτε το video:

 

Πηγή: University of New South Wales

Περισσότερα στη δημοσίευση: A dressed spin qubit in silicon. Nature Nanotechnology, Published online 17 October 2016.

Egno Editorial

Egno Editorial

Το Editorial Team του egno. Επικοινωνήστε μαζί μας μέσω της φόρμας επικοινωνίας.