Australų inžinieriams pavyko sukurti naujos konstrukcijos kvantinį bitą, kuris sugeba išlikti stabilus 10 kartų ilgiau nei ankstesni variantai, o tai ženkliai išplečia jo panaudojimo galimybes ateities silicio pagrindo kvantiniuose kompiuteriuose.
Naująjį kvantinį bitą, ar kubitą, sudaro vieno atomo sukinio, patalpinto silicyje, ir elektromagnetinio lauko kompozicija, dar vadinama „aprengtuoju kubitu“. Toks darinys sugeba išlaikyti informaciją kur kas ilgiau nei „neaprengtasis“ atomas. Tai labai svarbus rodiklis konstruojant kvantinius kompiuterius.
Naujojo Pietų Velso universiteto mokslininkų komandos darbas publikuotas naujausiame prestižinio žurnalo „Nature Nanotechnology“ numeryje.
„Mes sukūrėme naują kvantinį bitą, kuriame vieno elektrono sukinys yra susiejamas su stipriu elektromagnetiniu lauku, – pasakoja pirmasis straipsnio bendraautoris Arnė Lauchtas (Arne Laucht). – Toks kubitas yra universalesnis ir ilgaamžiškesnis lyginant su pavieniu elektronu, o tai leis sukonstruoti patikimesnius kvantinius kompiuterius.“
Kvantinio kompiuterio kūrimas buvo pavadintas „XXI-ojo amžiaus kosminėmis lenktynėmis“ – tai sunkus, bet ambicingas iššūkis, sėkmės atveju įgalinsiantis atlikti dabartinėmis priemonėmis neįkandamus skaičiavimus, pavyzdžiui, sudėtingų vaistų ir pažangiųjų medžiagų modeliavimą arba sparčią paiešką didžiulėse nesurūšiuotų duomenų bazėse.
Pagrindinis kvantinio kompiuterio privalumas yra tas, kad kvantinės sistemos vienu metu gali būti keliose būsenose, kurios traktuojamos kaip įvesties duomenys ir gali būti apdorojamos ne paeiliui, o vienu metu.
„Didžiausia kliūtis, ribojanti kvantinių objektų panaudojimą kompiuteriuose, yra laikas, kurį tų objektų būsenos būna stabilios, – kolegai antrina kitas straipsnio bendraautoris. – Mūsų jau dešimtmetį atliekami tyrimai leido sukonstruoti ilgaamžiškiausius kietojo kūno pavidalo kvantinius bitus iš fosforo atomų, patalpintų silicio luste ir veikiamų statinio magnetinio lauko.“
„Tačiau dabar mes sugalvojome naują informacijos įrašymo metodą: atomas patalpinamas labai stipriame, nuolatos svyruojančiame mikrobangų dažnio elektromagnetiniame lauke, o pats kvantinis bitas apibrėžiamas kaip sukinio orientacija mikrobangų lauko atžvilgiu.“
Gautieji rezultatai stulbina: kadangi elektromagnetinis laukas pastoviai kinta itin dideliu dažniu, bet koks kitokio dažnio triukšmas ar trikdis neturi jokio bendro poveikio. Tyrėjams pavyko dešimtkart prailginti laiko trukmę (ligi 2.4 milisekundės), kuomet kvantinės būsenos išlieka stabilios ir gali būti naudojamos duomenų apdorojimui.
„Šis naujasis „aprengtasis kubitas“ gali būti valdomas įvairiais būdais, kurie įprastiniu „neaprengtuoju“ atveju būtų nepraktiški. Pavyzdžiui, jis gali būti valdomas paprasčiausiai moduliuojant mikrobangų lauko dažnį, visai kaip visiems puikiai pažįstamame FM radijuje. Tuo tarpu „neaprengtajam kubitui“ būtina reguliuoti valdymo laukų amplitudę, kaip AM radijuje. Tam tikra prasme tai yra viena iš priežasčių, kodėl naujasis kubitas yra atsparesnis išoriniam triukšmui: kvantinė informacija valdoma dažniu, kuris atsparus poveikiui, o amplitudė lengviau pasiduoda išorinių veiksnių įtakai.“
Kadangi kubito konstrukcijos pagrindas yra standartinė silicio pagrindo technologija, tai leistų išnaudoti ištobulintus pramoninės gamybos procesus.
Apskritai kalbant, kvantinis kompiuteris leistų gerokai sparčiau atlikti tam tikras užduotis, kurios susijusios su paieška didelėse duomenų bazėse, sudėtingų lygčių sprendimu, atominių sistemų – biologinių molekulių ar vaistų – modeliavimu. Tokios mašinos taip pat praverstų finansų, sveikatos apsaugos bei gynybos srityse. Dar daugiau, kvantiniai kompiuteriai padėtų kurti naujas lengvesnes ir tvirtesnes medžiagas, tinkamas tiek įprastinei elektronikai, tiek ypatingus reikalavimus keliančiai aviacijos pramonei. Net neabejojama, kad galimų taikymų sritys apimtų ir tai, ko dabar net nepajėgiame numatyti.
Quantum computers: 10-fold boost in stability achieved
Daugiau:
Dar vienas mokslininkų žingsnis stebint kvantinės mechanikos dėsningumus realiame gyvenime
VU mokslininko vardas tarp kvantinės chemijos korifėjų
Mažas impulso poslinkis gali lemti reikšmingus kvantinės mechanikos efektus
Kodėl erdvė yra trimatė?
„Mokslo sriuba“: kvantiniai kompiuteriai
Jau 50 metų Lietuvoje lazeriai tarnauja puslaidininkių tyrimams