Οι επιστήμονες έχουν κάνει το μεγαλύτερο και πιο σύνθετο δίκτυο κβαντο-ηλεκτρονικών υπολογιστών ακόμα, παίρνοντας 20 διαφορετικά κλειστά κβαντικά κομμάτια, ή qubits, για να μιλήσουν μεταξύ τους.
Η ομάδα ήταν στη συνέχεια σε θέση να διαβάσει τις πληροφορίες που περιέχονται σε όλα αυτά τα αποκαλούμενα qubits, δημιουργώντας ένα πρωτότυπο της κβαντικής "βραχυπρόθεσμης μνήμης" για τον υπολογιστή. Ενώ οι προηγούμενες προσπάθειες έχουν εμπλέξει μεγάλες ομάδες σωματιδίων σε υπερηχητικά λέιζερ, αυτή είναι η πρώτη φορά που οι ερευνητές μπόρεσαν να επιβεβαιώσουν ότι είναι πράγματι σε ένα δίκτυο.
Η μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στις 10 Απριλίου στο περιοδικό Physics Review X, ωθεί τους κβαντικούς υπολογιστές σε ένα νέο επίπεδο, πλησιάζοντας το λεγόμενο «κβαντικό πλεονέκτημα», όπου τα qubits ξεπερνούν τα κλασικά κομμάτια των υπολογιστών που βασίζονται σε πυρίτιο, λένε οι ερευνητές .
Από τα bit σε qubits
Ο παραδοσιακός υπολογισμός βασίζεται σε δυαδική γλώσσα των 0 και 1 δευτερολέπτων - ένα αλφάβητο με δύο μόνο γράμματα ή μια σειρά από σφαίρες που στρέφονται είτε στον βόρειο είτε στον νότιο πόλο. Οι σύγχρονοι υπολογιστές χρησιμοποιούν αυτή τη γλώσσα στέλνοντας ή σταματώντας τη ροή ηλεκτρισμού μέσω κυκλωμάτων από μέταλλο και πυρίτιο, αλλάζοντας τη μαγνητική πολικότητα ή χρησιμοποιώντας άλλους μηχανισμούς που έχουν διπλή κατάσταση "on or off".
Ωστόσο, οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν διαφορετική γλώσσα - με άπειρο αριθμό "επιστολών".
Εάν οι δυαδικές γλώσσες χρησιμοποιούν τους βόρειους και νότιους πόλους των σφαιρών, τότε ο κβαντικός υπολογισμός θα χρησιμοποιεί όλα τα σημεία μεταξύ τους. Ο στόχος του κβαντικού υπολογισμού είναι επίσης να χρησιμοποιηθεί όλη η περιοχή μεταξύ των πόλων.
Αλλά πού θα μπορούσε να γραφτεί μια τέτοια γλώσσα; Δεν είναι όπως μπορείτε να βρείτε κβαντική ύλη στο κατάστημα υλικού. Έτσι, η ομάδα παγιδεύει ιόντα ασβεστίου με ακτίνες λέιζερ. Παίρνοντας αυτά τα ιόντα με ενέργεια, μπορούν να μεταφέρουν τα ηλεκτρόνια από το ένα στρώμα στο άλλο.
Στη φυσική του γυμνασίου, τα ηλεκτρόνια αναπηδούν ανάμεσα σε δύο στρώματα, όπως μια λωρίδα αλλαγής αυτοκινήτου. Αλλά στην πραγματικότητα, τα ηλεκτρόνια δεν υπάρχουν σε ένα σημείο ή σε ένα στρώμα - υπάρχουν σε πολλά ταυτόχρονα, ένα φαινόμενο γνωστό ως κβαντική υπέρθεση. Αυτή η περίεργη κβαντική συμπεριφορά προσφέρει μια ευκαιρία για την ανάπτυξη μιας νέας γλώσσας υπολογιστή - η οποία χρησιμοποιεί άπειρες δυνατότητες. Ενώ οι κλασικοί υπολογισμοί χρησιμοποιούν δυαδικά ψηφία, αυτά τα ιόντα ασβεστίου σε υπέρθεση καθίστανται κβαντικά κομμάτια, ή qubits. Ενώ η προηγούμενη δουλειά είχε δημιουργήσει τέτοια qubits πριν, το τέχνασμα για να κάνει έναν υπολογιστή είναι να πάρει αυτά τα qubits να μιλούν ο ένας στον άλλο.
«Έχοντας όλα αυτά τα μεμονωμένα ιόντα από μόνοι τους δεν είναι πραγματικά το πράγμα που σας ενδιαφέρει», δήλωσε ο Νικολάι Φρίης, πρώτος συγγραφέας στο χαρτί και ανώτερος ερευνητής στο Ινστιτούτο Κβαντικής Οπτικής και Κβαντικής Πληροφορίας στη Βιέννη. "Εάν δεν μιλούν ο ένας στον άλλο, τότε μόνο που μπορείτε να κάνετε μαζί τους είναι ένας πολύ ακριβός κλασικός υπολογισμός".
Μιλώντας μπιτς
Για να πάρουμε τα qubits "μιλάμε" σε αυτή την περίπτωση στηρίχτηκε σε μια άλλη παράξενη συνέπεια της κβαντικής μηχανικής, που ονομάζεται εμπλοκή. Η εμπλοκή είναι όταν δύο (ή περισσότερα) σωματίδια φαίνεται να λειτουργούν με συντονισμένο, εξαρτημένο τρόπο, ακόμη και όταν διαχωρίζονται από τεράστιες αποστάσεις. Οι περισσότεροι ειδικοί πιστεύουν ότι τα σωματίδια εμπλοκής θα είναι το κλειδί ως καταπέλτες κβαντικών υπολογιστών από το εργαστηριακό πείραμα μέχρι την επανάσταση του υπολογιστή.
"Είκοσι χρόνια πριν, η εμπλοκή δύο σωματιδίων ήταν μεγάλη υπόθεση", δήλωσε ο καθηγητής φυσικής Rainer Blatt, καθηγητής φυσικής στο πανεπιστήμιο του Innsbruck στην Αυστρία, στο Live Science. "Αλλά όταν πηγαίνετε πραγματικά και θέλετε να οικοδομήσετε έναν κβαντικό υπολογιστή, θα πρέπει να εργαστείτε με όχι μόνο πέντε, οκτώ, 10 ή 15 qubits. Τελικά, θα πρέπει να συνεργαστούμε με πολλά, πολλά περισσότερα qubits".
Η ομάδα κατάφερε να εμπλέξει μαζί 20 σωματίδια σε ένα ελεγχόμενο δίκτυο - το οποίο όμως δεν διαθέτει έναν πραγματικό κβαντικό υπολογιστή αλλά το μεγαλύτερο τέτοιο δίκτυο μέχρι σήμερα. Και ενώ πρέπει ακόμα να επιβεβαιώσουν ότι και οι 20 είναι πλήρως εμπλεγμένες μεταξύ τους, είναι ένα σταθερό βήμα προς τους υπερυπολογιστές του μέλλοντος. Μέχρι σήμερα, τα qubits δεν έχουν ξεπεράσει τα κλασικά κομμάτια του υπολογιστή, αλλά ο Blatt είπε ότι έρχεται η στιγμή - συχνά αποκαλούμενο κβαντικό πλεονέκτημα.
"Ένας κβαντικός υπολογιστής δεν πρόκειται ποτέ να αντικαταστήσει κλασσικούς υπολογιστές · θα προσθέσει επάνω τους», δήλωσε ο Blatt. "Αυτά τα πράγματα μπορούν να γίνουν."
