Sukurtas pirmas kvantinis kompiuteris, kurį galima ne tik programuoti, bet, kaip ir įprastus kompiuterius, perprogramuoti.
Šis įrenginys vos iš penkių atomų, bet tai milžiniškas žingsnis link lengvai plečiamo, funkcionalaus kvantinio kompiuterio, galinčio amžiams pakeisti duomenų apdorojimą.
Kvantinių kompiuterių pajėgumas gali būti eksponentiškai didesnis už dabartinių įprastų kompiuterių, paremtų informacijos vienetais – bitais, galinčiais būti „0“ ar „1“ būsenos.
Tuo tarpu kvantiniai procesoriai sudaryti iš kubitų, galinčių būti „1“, „0“ ar abiejų reikšmių tuo pačiu metu – ši būsena vadinama „superpozicija“.
Tačiau, nors daug mokslininkų grupių anksčiau yra pagaminusios mažus kvantinius skaičiavimo įrenginius, daugelis jų būdavo surinkti taip, kad galėtų spręsti vieną problemą, o norint bet ką perprogramuoti, tekdavo pasitelkti sudėtingą fiziką.
Naujasis įrenginys kitoks, nes jį perprogramuoti paprasta, ir jau pademonstruota, kaip vienu žingsniu sprendžia tris algoritmus – norint apskaičiuoti paprastu kompiuteriu, reikėtų atlikti keletą operacijų.
Marylando universiteto mokslininkų komanda naująjį įrenginį vadina „moduliu“, ir jis sudarytas iš penkių jonų – krūvį turinčių atomų, – išrikiuotų į eilę magnetiniu lauku.
Šie jonai sudaro kvantinio kompiuterio kubitus, ir tyrėjai gali jiems suteikti vieną iš trijų kvantinių būsenų – 1, 0, arba superpozicijos.
Daugumai tyrėjų šioje vietoje sudėtinga perjungti kubitų būsenas, tad jie lieka tokios būsenos, kokios buvo iš pradžių.
Bet Marylando tyrėjai aprūpino savo kubitus sena gera programine įranga, nukreipiančia lazerio spindulį, kuriuo pakeičiama šių penkių kubitų būsena.
Apšviesdamas lazeriu šiuos jonus, įrenginys gali perjungti juos į kitą kvantinę būseną, iš esmės – perprogramuoti aparatą.
„Supaprastindami algoritmą į atitinkamus jonu stumdančių lazerio pulsų serijas, galime pakeisti šių kubitų konfigūraciją iš išorės, – paaiškino vyr. tyrėjas Shantanu Debnath. – Tai tampa programinės įrangos klausimu, ir jokia kita kvantinio kompiuterio architektūra nėra tokia lanksti.“
Geriausia dalis – šis modulis gali būti prijungtas prie kitų modulių, – fiziškai perkeliant jonus, arba naudojant fotonus informacijos pernešimui, o tai reiškia, kad sistema gali būti lengvai plečiama.
„Tiesiogiai sujungę bet kurias kubitų poras, galime perkonfigūruoti sistemą bet kokio algoritmo sprendimui, – sakė Debnath. – Nors tai vos 5 kubitai, žinome, kaip tą pačią techniką pritaikyti daug didesniam jų rinkiniui.“
Komanda perprogramavo įrenginį trijų problemų, kurias kvantiniai kompiuteriai geba spręsti – Deutsch-Jozsa algoritmą, Bernstein-Vazirani algoritmą ir kvantinės Fourier transformacijos algoritmą (70 procentų).
Bendras modulį programavusios programinės įrangos tikslumas buvo 98 procentai – kaip pirmam bandymui, labai netgi įspūdinga, bet kitiems bandymams dar teks patobulinti.
Dabar komanda stengiasi į modulį pridėti daugiau kubitų – jie mano, kad jų galėtų būti iki 100, – ir sukurti kvantinį kompiuterį, kuriuo naudotis būtų paprasta, kaip šiuolaikiniu telefonu, be jokių sudėtingų kvantinių perprogramavimų.
„Kad bet kuris kompiuteris būtų naudingas, turi nebūti privalu vartotojui žinoti, kas viduje, – pastebėjo komandos vadovas Christopher Monroe. – Labai mažai žmonių rūpi, ką jų telefonas veikia fiziniu lygmeniu. Mūsų eksperimentai pakelia kokybiškus kvantinius bitus į aukštesnį funkcionalumo lygį, suteikdami galimybę juos programuoti ir pertvarkyti programine įranga.“
Tyrimas publikuotas „Nature“.
