Η κβαντική υπολογιστική υπόσχεται εδώ και χρόνια μια νέα γενιά υπερυπολογιστών που θα μπορούν να λύνουν εξαιρετικά πολύπλοκα προβλήματα σε ελάχιστο χρόνο. Παρά τη σημαντική πρόοδο που έχει σημειωθεί, απέχουμε πολύ ακόμα από πλήρως λειτουργικά κβαντικά συστήματα μεγάλης κλίμακας.
Το βασικό εμπόδιο δεν είναι μόνο η κατασκευή qubits, αλλά η σταθερή και μαζική κλιμάκωσή τους χωρίς να καταρρέει το σύστημα από θόρυβο και σφάλματα. Νέα έρευνα προτείνει τώρα μια διαφορετική προσέγγιση που μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο μεγαλώνουν οι κβαντικές διατάξεις.
Το βασικό πρόβλημα με τα qubits
Όπως το bit είναι η μικρότερη μονάδα πληροφορίας στους κλασικούς υπολογιστές, έτσι και το qubit είναι η θεμελιώδης μονάδα στους κβαντικούς. Το πρόβλημα είναι ότι τα qubits είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στο περιβάλλον. Θόρυβος, θερμικές διακυμάνσεις και ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές μπορούν να προκαλέσουν σφάλματα και απώλεια πληροφορίας σε εξαιρετικά μικρούς χρόνους.
Όσο αυξάνεται ο αριθμός των φυσικών qubits, τόσο αυξάνεται και η πιθανότητα λαθών. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, χρησιμοποιείται η κβαντική διόρθωση σφαλμάτων, όπου πολλά φυσικά qubits συνδυάζονται για να δημιουργήσουν ένα πιο αξιόπιστο λογικό qubit. Όμως αυτή η τεχνική απαιτεί τεράστιους πόρους. Ορισμένες εκτιμήσεις δείχνουν ότι για εμπορικά χρήσιμες εφαρμογές μπορεί να χρειαστούν εκατομμύρια qubits, κάτι που σήμερα είναι εκτός πρακτικής εμβέλειας.
Μια νέα επιφανειακή προσέγγιση
Νέα ερευνητική δουλειά παρουσιάζει μια διαφορετική μέθοδο δημιουργίας μεγάλων συστοιχιών qubits με χρήση λέιζερ και οπτικών παγίδων. Οι λεγόμενες οπτικές λαβίδες είναι ισχυρά εστιασμένες δέσμες φωτός που μπορούν να παγιδεύουν μεμονωμένα άτομα. Με αυτές, οι επιστήμονες μπορούν να τοποθετούν και να ελέγχουν άτομα με πολύ υψηλή ακρίβεια.
Η καινοτομία βρίσκεται στη χρήση μεταεπιφανειών. Πρόκειται για δισδιάστατες δομές με νανομετρικά στοιχεία που διαμορφώνουν μία ενιαία δέσμη φωτός σε πολύπλοκα και ομοιόμορφα μοτίβα. Με αυτή την τεχνική δημιουργήθηκαν συστοιχίες που παγίδευσαν περίπου 1.000 άτομα στροντίου, τα οποία μπορούν να λειτουργήσουν ως qubits. Η ομοιομορφία των ατόμων αυξάνει τη σταθερότητα και μειώνει τις αποκλίσεις στη συμπεριφορά τους.
Ο δρόμος προς μεγαλύτερα κβαντικά συστήματα
Η συγκεκριμένη τεχνική θεωρείται ιδιαίτερα υποσχόμενη, επειδή μπορεί θεωρητικά να επεκταθεί σε πολύ μεγαλύτερες διατάξεις, ακόμα και εκατοντάδων χιλιάδων ατόμων. Αν επιβεβαιωθεί στην πράξη, θα προσφέρει έναν πιο ελεγχόμενο και επαναλήψιμο τρόπο κλιμάκωσης qubits.
Σε συνδυασμό με τις προόδους στους κβαντικούς αλγορίθμους και στη διασύνδεση κβαντικών συστημάτων, τέτοιες προσεγγίσεις μπορεί να επιταχύνουν τη μετάβαση από τα πειραματικά πρωτότυπα σε πρακτικές κβαντικές πλατφόρμες υψηλής ισχύος. Οι επόμενες γενιές κβαντικών μηχανών ίσως τελικά βασιστούν περισσότερο στο φως και λιγότερο στα παραδοσιακά κυκλώματα.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
