Naukowcy stworzyli największą i najbardziej złożoną sieć kwantowo-komputerową, rozmawiając ze sobą o 20 różnych splątanych bitach kwantowych lub kubitach.
Zespół mógł następnie odczytać informacje zawarte we wszystkich tak zwanych kubitach, tworząc prototyp kwantowej „pamięci krótkotrwałej” dla komputera. Chociaż wcześniejsze wysiłki zaplątały większe grupy cząstek w ultrazimne lasery, po raz pierwszy badacze byli w stanie potwierdzić, że rzeczywiście są w sieci.
Ich badanie, opublikowane 10 kwietnia w czasopiśmie Physics Review X, przenosi komputery kwantowe na nowy poziom, zbliżając się do tak zwanej „przewagi kwantowej”, w której kubity przewyższają klasyczne bity komputerów opartych na chipie krzemowym. .
Od bitów do kubitów
Tradycyjne obliczenia oparte są na binarnym języku zer i jedynek - alfabecie składającym się tylko z dwóch liter lub serii globusów odwróconych na biegun północny lub południowy. Nowoczesne komputery używają tego języka, wysyłając lub zatrzymując przepływ prądu przez obwody metalowe i krzemowe, przełączając biegunowość magnetyczną lub używając innych mechanizmów, które mają podwójny stan „włączania lub wyłączania”.
Jednak komputery kwantowe używają innego języka - z nieskończoną liczbą „liter”.
Jeśli języki binarne wykorzystują północny i południowy biegun globów, wówczas obliczenia kwantowe wykorzystałyby wszystkie punkty pomiędzy nimi. Celem obliczeń kwantowych jest również wykorzystanie całego obszaru między biegunami.
Ale gdzie można napisać taki język? To nie tak, że można znaleźć materię kwantową w sklepie ze sprzętem. Zespół uwięził jony wapnia za pomocą wiązki laserowej. Pulsując te jony energią, mogą one przenosić elektrony z jednej warstwy do drugiej.
W fizyce w szkole średniej elektrony odbijają się między dwiema warstwami, jak samochód zmieniający pas ruchu. Ale w rzeczywistości elektrony nie istnieją w jednym miejscu ani na jednej warstwie - istnieją w wielu jednocześnie, zjawisko znane jako superpozycja kwantowa. To dziwne zachowanie kwantowe daje szansę na opracowanie nowego języka komputerowego - takiego, który wykorzystuje nieskończone możliwości. Podczas gdy w klasycznych obliczeniach wykorzystuje się bity, te jony wapnia w superpozycji stają się bitami kwantowymi lub kubitami. Podczas gdy wcześniejsze prace tworzyły już takie kubity, sztuczka w tworzeniu komputera polega na tym, aby te kubity mogły ze sobą rozmawiać.
„Posiadanie tych wszystkich pojedynczych jonów nie jest tak naprawdę tym, czym jesteś zainteresowany” - powiedział Live Science Nicolai Friis, pierwszy autor artykułu i starszy badacz z Instytutu Optyki Kwantowej i Informacji Kwantowej w Wiedniu. „Jeśli nie rozmawiają ze sobą, wszystko, co możesz z nimi zrobić, to bardzo drogie obliczenia klasyczne”.
Mówiące kawałki
Aby qubity „rozmawiały” w tym przypadku polegały na innej dziwnej konsekwencji mechaniki kwantowej, zwanej splątaniem. Splątanie ma miejsce, gdy dwie (lub więcej) cząstki wydają się działać w skoordynowany, zależny sposób, nawet gdy są rozdzielone na duże odległości. Większość ekspertów uważa, że splątane cząstki będą kluczowe jako katapulty obliczeniowe kwantowe od eksperymentu laboratoryjnego do rewolucji komputerowej.
„Dwadzieścia lat temu splątanie dwóch cząstek było wielką sprawą” - powiedział Live Science współautor badania Rainer Blatt, profesor fizyki na Uniwersytecie w Innsbrucku w Austrii. „Ale kiedy naprawdę chcesz zbudować komputer kwantowy, musisz pracować z nie tylko pięcioma, ośmioma, 10 lub 15 kubitami. W końcu będziemy musieli pracować z wieloma, znacznie więcej kubitami”.
Zespołowi udało się uwikłać 20 cząstek razem w kontrolowaną sieć - wciąż brakuje prawdziwego komputera kwantowego, ale jak dotąd największej takiej sieci. I choć wciąż muszą potwierdzić, że wszystkie 20 jest w pełni ze sobą splecionych, jest to solidny krok w kierunku superkomputerów przyszłości. Do tej pory kubity nie były lepsze od klasycznych bitów komputerowych, ale Blatt powiedział, że nadchodzi ten moment - często nazywany przewagą kwantową.
„Komputer kwantowy nigdy nie zastąpi klasycznych komputerów; doda do nich” - powiedział Blatt. „Te rzeczy można zrobić”.
