„Įsipainiojimas yra eksponentinės kvantinio kompiuterio
skaičiavimo galios paslaptis.
Stebuklingų skaičiuotuvų iš Google & Co grupei pasirodė konkurentai.
Būsimasis kvantinis kompiuteris gali skaičiuoti iš silicio pagamintais
kvantiniais bitais. Tai turėtų daug privalumų. Trys tyrimų grupės sukūrė
svarbią prielaidą.
Net jei pirmieji komerciniai kvantiniai kompiuteriai jau
randa kelią į duomenų centrus – pavyzdžiui, neseniai Forschungszentrum Jülich
D-Wave sukurta „Advantage“ sistema – iki visuotinai programuojamo ir gedimams
atsparaus kvantinio kompiuterio sukūrimo dar toli.
Kvantinės fizinės
informacijos vienetai, kvantiniai bitai, kuriuos daugiausia realizuoja saugomi
jonai arba superlaidūs mikrobangų rezonatoriai, vis dar yra gana trapūs ir gali
sugesti. Šiluminė spinduliuotė, triukšmas ir klaidžiojantys laukai gali
sunaikinti qbit būsenas, o tai neišvengiamai sukelia skaičiavimo klaidas. Be
to, mastelio keitimas kelia sunkumų: kvantinių procesorių našumas negali būti
padidintas vien padidinus kvantinių bitų skaičių. Kuo daugiau Qbitų, tuo
sunkiau kiekvieną iš jų apsaugoti ir kontroliuoti nuo nerimą keliančių
poveikių.
Daugelis tyrimų grupių jau seniai matė alternatyvą
kvantiniams kompiuteriams, pagamintą iš silicio, ypač superlaidžioms
sistemoms, kurias mėgsta IBM, Google ir D-Wave. Tai taip pat apima lustų
gamintojo „Intel“ kūrėjus.
Puslaidininkinėje medžiagoje gali būti realizuojami
itin kompaktiški ir stabilūs kvantiniai bitai. Padidinus darbinę temperatūrą,
aušinimo pastangos taip pat gali būti sumažintos, palyginti su superlaidžiomis
sistemomis. Kitas privalumas: silicio pagrindu pagamintos kvantinės grandinės
gali būti gaminamos, naudojant standartines puslaidininkių technologijas, ir
talpinamos mikroschemoje. Tai leidžia palyginti paprastu būdu padidinti silicio
kvantines sistemas.
Trys tyrimų grupės iš Australijos, Japonijos ir Nyderlandų
dabar sugebėjo įveikti dar vieną kliūtį, kuri iki šiol trukdė įgyvendinti. Jie
sukūrė paprastus silicio kvantinius procesorius, kurie skaičiuoja taip pat
patikimai, kaip jau daro superlaidieji kvantiniai bitai IBM ar Google
sistemose.
Anksti aptikkite skaičiavimo klaidas ir greitai jas
ištaisykite
Anksčiau atskirus kubitus buvo galima išlaikyti stabilius 35
sekundes – kvantinėms sistemoms amžinybę. Palyginimui: superlaidūs Qbitai
išlieka nuoseklūs tik 100 milisekundžių. Tačiau jei bandėte sujungti du silicio
kvantinius bitus į loginius vartus, kad iš tikrųjų atliktumėte aritmetines
operacijas, turėjote tikėtis didelio rezultatų klaidų lygio. Taikant skirtingus
metodus, trims tyrimų grupėms pavyko sumažinti klaidų lygį iki gerokai mažesnio,
nei vieno procento. Klaidos, atsirandančios nepaisant visų priemonių, dabar
gali būti laiku aptiktos ir greitai ištaisytos, rašo mokslininkai žurnale
„Nature“. Tai atveria kelią didesnių, gedimams atsparių kvantinių silicio
procesorių statybai.
Nyderlandų mokslininkai, vadovaujami Lieveno Vandersypeno iš
TU Delfto, ir japonų fizikai, vadovaujami Akito Noiri iš Rikeno tyrimų centro
netoli Tokijo, panaudojo atskirų elektronų vidinį kampinį impulsą (sukinius)
kaip kvantinius bitus, kurie buvo izoliuoti mažytėse silicio struktūrose.
-vadinamose kvantiniais taškais, tarsi savotiškame narve. Sukimai yra idealūs
kvantiniai bitai: jie gali būti „nukreipti“ žemyn ir aukštyn tuo pačiu metu arba –
tiksliau – egzistuoti, kaip abiejų būsenų superpozicija. Mokslininkai kvantinius
taškus įdėjo į plonus silicio sluoksnius, sukrautus vienas ant kito, kad būtų
apsaugoti.
Elektrinių ir magnetinių laukų pagalba galima valdyti
atstumus tarp kvantinių bitų ir tikslingai manipuliuoti elektronų sukinių
išlygiavimu.
Tokiu būdu buvo galima priartinti du qbitus taip arti, kad įvyksta
įsipainiojimas.
Rezultatas buvo greiti elementarieji vartai, kuriais buvo
galima atlikti paprastas aritmetines operacijas. Perjungimo laikas gali būti
sumažintas iki maždaug šimto nanosekundžių, o tai atsispindi vartų stabilumu
ir mažu klaidų lygiu.
Kitas veiksnys: visos grupės dirbo su izotopiškai grynu
siliciu ir naudojo jautrius metodus kvantinių vartų rezultatams nuskaityti,
nesukeldamos jokių trukdžių. Japonijos ir olandų mokslininkai teigia, kad jų
procesorių patikimumas siekia apie 99,5 proc. 99 procentų vertė laikoma
gedimams atsparių kvantinių kompiuterių riba.
Beveik taip pat patikimai (99,4 proc.) skaičiavo Sidnėjaus
Naujojo Pietų Velso universiteto mokslininkų vartai. Tačiau vietoj elektronų
sukinių jie naudojo fosforo branduolinius sukinius atomų, kuriuos jie
sąmoningai suleido į ploną silicio sluoksnį. Atomų branduolių pranašumas yra
tas, kad jie yra mažiau jautrūs trukdžiams ir yra tvirtesni, nei elektronų
sukiniai. Branduoliniai sukimai, izoliuoti silicyje, gali būti stabilūs keletą
sekundžių. Užkoduota kvantinė informacija gali būti saugoma, naudojant šiuos
Qbitus, atitinkamai ilgą laiką.
Laukia kitas iššūkis
Tačiau taip pat daug sunkiau sujungti branduolinius sukimus
į vartus. Andrea Morello vadovaujami mokslininkai, kaip tarpininką, panaudojo
gretimą elektroną. Naudojant mikrobangų impulsus, buvo galima paversti du atomo
branduolius ir elektroną į įsipainiojusią būseną. Taigi branduoliniai sukiniai
buvo sujungti vienas su kitu ir buvo sukurtos prielaidos stabiliems loginiams
kvantiniams vartams.
Kvantinį fiziką Tommaso Calarco iš Forschungszentrum Jülich
trijų tyrimų grupių rezultatai įtikina. „Vis dar atvirose kvantinių kompiuterių
mastelio lenktynėse puslaidininkių technologijos dabar pasivijo, nugalėdamos pagrindinę
spragą. “Dviejų qbitų aritmetinės operacijos klaidos dabar yra panašios į kitų
platformų, pagrįstų saugomais jonais ir superlaidininkais, klaidų dažniu.
Tačiau šie saugomų jonų ir superlaidininkų kvantiniai kompiuteriai jau dirba su keliomis dešimtimis
kvantinių bitų, iki kurių dabartiniams silicio procesoriams dar toli.
Šiuo metu rekordas priklauso IBM kvantiniam kompiuteriui
„Eagle“ su 127 superlaidžiais kvantiniais bitais. Veiksmingi taisymo procesai
jau užtikrina, kad klaidų lygis būtų mažas. „Kitas iššūkis dabar bus
pademonstruoti palyginamus našumo pajėgumus, naudojant kelis silicio qbits.“
Calarco nuostabu, kad trys laboratorijos padarė proveržį vienu metu.
Tačiau Forschungszentrum Jülich mokslininkai patys nedirba
su silicio procesoriais. Esate įsipareigojęs sukurti kvantinį kompiuterį,
pagrįstą superlaidžiais lustais. Siekiama, kad „OpenSuperQ“ sistema galutinėje
konfigūracijoje turėtų gerą šimtą kvantinių bitų. Operacinė sistema bus
atvirojo kodo programinė įranga, kur iš esmės kiekvienas vartotojas galėtų
turėti prieigą prie kvantinio kompiuterio."
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą