Argono nacionalinės laboratorijos ir Čikagos universiteto inžinierių komanda paskelbė iš karto apie du kvantinių sistemų kūrimo proveržius. Mokslininkai sukūrė mikroschemą, kubito kvantinę būseną nuskaitančią „pagal užklausą“ ir nauju įrenginiu sugebėjo išlaikyti kubitą koherentinėje būsenoje ilgiau nei penkias sekundes – įprastai šis laikas skaičiuojamas milisekundėmis. Per penkias sekundes galima atlikti daugiau, nei 100 milijonų kvantinių operacijų, įsitikinę mokslininkai. Šiuo inžineriniu proveržiu bus galima radikaliai padidinti kvantinių skaičiavimų tikslumą ir palengvins kvantinių skaičiavimų apimties didinimą.
Eksperimente panaudoti lustai gaminami iš silicio karbido, nebrangios ir plačiai naudojamos medžiagos. © David Awschalom/University of Chicago
„Kvantinė informacija retai išlieka tokiais „žmogiškais“ laiko masteliais. Penkių sekundžių pakanka nusiųsti signalą šviesos greičiu į Mėnulį ir gauti atgal. Kalbant apie kubito informacijos perdavimą šviesa, tai labai svarbu. Ši šviesa kubito būseną teisingai perneš netgi Žemę apskriejusi beveik 40 kartų – tai atveria kelius kurti paskirstytą kvantinį internetą“, — pažymėjo projekto vadovas, Argono nacionalinės laboratorijos vyr. mokslo darbuotojas, Q-NEXT kvantinių tyrimų centro direktorius Davidas Awschalomas.
Kvantines sistemas galima plačiai panaudoti, tarkime, kuriant nuo įsilaužimo apsaugotus ryšių tinklus ar savarankiškai naujus vaistus atrandančius kvantinius kompiuterius, kurie savarankiškai atras naujus vaistus. Tokioms užduotims būtini kubitai – kvantiniai kompiuterinių bitų analogai, kurie naudojami informacijai saugoti. Įprastuose, klasikiniuose kompiuteriuose norint apdoroti daugiau informacijos, užtenka panaudoti daugiau bitų, tačiau su kompiuterinėmis sistemomis viskas kiek sudėtingiau.
Kubitai negali ilgai išlaikyti informacijos. Dabartinėmis technologijomis kubitų koherentiškumą – būseną, kai galima nuskaityti duomenis – pavyksta išlaikyti vos kelias milisekundes. Todėl kūrėjai privalo imtis kompromisų ir supaprastinti savo kompiuterių konfigūraciją. Naujasis atradimas gali kardinaliai pakeisti situaciją.
Naują kubitų tipą mokslininkai sukūrė iš lemputėse, elektromobiliuose ir buitinėje elektronikoje dažnai naudojamos medžiagos – silicio karbido. Pati atradimo esmė – priklausomai nuo pradinės kubito būsenos (0 ar 1), ypatingu lazerio impulsu prie kubito pridedamas vienas elektronas. Tai yra, atliekamas vienkartinis nuskaitymas, nes kubito superpozicija šia operacija sugriaunama, tačiau būsenos įtvirtinimas trunka pakankamai ilgai, kad būtų galima atlikti skaičiavimus. Kubitas su pridėtu elektronu kvantinę būseną išlaiko, ir ją nuskaitant, atsiliepia 10 tūkstančių kartų stipriau, todėl nuskaitymo operacija tampa atspari trikdžiams.
„Iš esmės, tai iškelia silicio karbidą į priešakines kvantinio ryšio platformų kūrimo pozicijas. Tai įspūdinga, – jau mokame iš šios medžiagos gaminti naudingus prietaisus, tad nesunku jas išplėsti“, – pridūrė straipsnio bendraautorė Elena Glen.
Inžinieriai išbandė kelias savo sistemos konfigūracijas, kol pavyko kubitų koherentiškumą išlaikyti ilgiau, nei penkias sekundes. Be to, mokslininkai pažymėjo, kad netrukus galės pasiekti ir dar ilgesnį veikimą.
Šis sprendimas pravers kuriant kvantinę interneto versiją – tobulesnį ir apsaugotą tinklą, sukurtą iš kvantinių kompiuterių.
„Pavyzdžiui, šis naujas rekordinis laikas reiškia, kad, kol išlaikomas koherentiškumas, spėsime atlikti daugiau, nei 100 milijonų kvantinių operacijų“, – sakė straipsnio bendraautorius Chrisas Andersonas iš Čikagos universiteto.
Koherentiškumo laiko prailginimo pasekmių yra ir daugiau. Kvantiniai kompiuteriai lyginant su klasikiniais, jau dabar garantuoja daugkartinį duomenų apdorojimo spartos ir kokybės prieaugį, o nelikus laiko apribojimų darbui su tarpiniais rezultatais jų našumas išaugs dar keliomis skaičiaus dydžio eilėmis, apibendrina mokslininkai.
