Badacze z USA zaproponowali rozwiązanie problemu, który trapi komputery kwantowe. Twierdzą, że dzięki prostemu zabiegowi takie maszyny mogą być stabilne dziesięć tysięcy razy dłużej

Zespół naukowców z University of Chicago opublikował niedawno w „Science” pracę, w której wskazuje, że komputery kwantowe mogą być znacznie bardziej stabilne niż do tej pory. Ma to olbrzymie znaczenie dla rozwoju takich maszyn.

Komputery kwantowe zasadzają się bowiem na tym, że ich elementy obliczeniowe, zwane kubitami, znajdują się w stanie superpozycji, czyli przyjmują wartość logiczną zera lub jedynki jednocześnie. W kwantowym świecie nie jest to nic dziwnego – w bliżej nieokreślonym stanie znajdują się wszystkie cząstki. Jest to jednocześnie siła takich układów i ich słabość. Siła polega na obliczeniowej mocy, która rośnie wykładniczo (wraz z kwadratem liczby elementów logicznych). Słabość zaś na podatności stanu superpozycji na zaburzenia.

Większość konstruowanych dziś kwantowych maszyn jest schładzana do ekstremalnie niskich temperatur i izolowana od promieniowania właśnie z tego powodu. Nawet drgania cieplne mogłyby sprawić, że kwantowy stan „zapadnie się” do klasycznego. Niedawno badacze stwierdzili, że stabilności takich stanów zagraża też docierające do powierzchni Ziemi promieniowanie kosmiczne (które, nawiasem mówiąc, nie jest obojętne i dla klasycznej elektroniki, w tym pamięci).

Ale badacze z University of Chicago pokazują sposób na utrzymanie stabilności stanów kwantowych aż 10 tysięcy razy dłużej, niż udawało się dotychczas. Polega on nie na izolowaniu kwantowych układów od szumu otoczenia, ale na „oszukaniu” ich tak, żeby szumu nie odbierały – tłumaczy na stronie uczelni dr Kevin Miao, główny autor pracy. „Najlepsze jest to, że jest to bardzo łatwe do zrobienia” – twierdzi.

To przełomowe odkrycie kładzie grunt pod ekscytujące, nowe ścieżki badań w naukach kwantowych

David Awschalom, Argonne National Laboratory

Pomysł zasadza się na zastosowaniu zmiennych pól elektrycznych i magnetycznych na podobnej zasadzie, jak głośniki emitujące „biały szum” mogą wyciszać pomieszczenie – część hałasu dobiegającego z zewnątrz zostanie zniwelowana przez fale będące w przeciwnej fazie. Tu wyciszeniu ulegają fale elektromagnetyczne, więc utrzymywane w stanie superpozycji cząstki węgliku krzemu są bezpieczne przez kilkadziesiąt mikrosekund. I choć to mgnienie oka, jest to i tak dziesięć tysięcy razy dłużej, niż udaje się to w przypadku istniejących kwantowych maszyn.

„To przełomowe odkrycie kładzie grunt pod ekscytujące, nowe ścieżki badań w naukach kwantowych”, dodaje David Awschalom z Argonne National Laboratory, również jeden z głównych autorów pracy.

„Jest wiele potencjalnych technologii kwantowych, które zostały zarzucone przez zbyt krótki stan koherencji”, tłumaczy Miao. Teraz, gdy ten stan można utrzymać dużo dłużej, część z nich może znaleźć praktyczne zastosowanie. A to może oznaczać rozkwit kwantowych obliczeń.

Odkrycie, jak dodają badacze, pozwoli na bardziej złożone działanie komputerów kwantowych, które do tej pory mogły przeprowadzać tylko proste obliczenia. Pozwoli też na przesyłanie kwantowych informacji na większe odległości.

Kwantowe komputery pomogą wykonywać złożone obliczenia niezbędne na przykład w chemii i inżynierii. Mogą też pomóc w zmniejszeniu zużycia energii przez obecne wielkie centra obliczeniowe. Kwantowy internet zaś (którego założenia przestawił w czerwcu amerykański Departament Energii) pozwoliłby na bezpieczne przesyłanie informacji, bowiem w kwantowej sieci jak na dłoni widać, czy ktoś przechwycił nasze informacje (czytaj też: „Mirosław Sopek: Naszą prywatność ocali mechanika kwantowa”).

Skip to content