Novi iskorak u razvoju kvantnih računala

Usprkos velikom razvoju tehnologije, kvantna računala su još uvijek hipotetski sustavi koji tek trebaju potvrditi veću brzinu i učinkovitost u izvođenju nekih računalnih kalkulacija u odnosu na konvencionalna računala.

Umjesto bitova u klasičnom računarstvu koji reprezentiraju 0 ili 1, kvantna računala se zasnivaju na qubitima koji mogu simultano reprezentirati oba stanja.

Mada su laboratorijski već demonstrirana kvantna računala s nekih 12 qubita, izrada kvantnih računala dovoljno kompleksnih za učinkovite i korisne računalne operacije zahtijeva minijaturizaciju qubitne tehnologije, na isti način kao što se provodi minijaturizacija tranzistora u klasičnim modernim računalima.

Znanstvenici MIT-a i MIT Lincoln laboratorija objavili su ostvarenje napretka u razvoju praktičnih kvantnih računala izradom čipa koji može zarobiti ione u jednom električnom polju i potom ih korištenjem ugrađene optike usmjerivati laserskim svjetlom jedne prema drugima. 

Pri zarobljavanju iona MIT-ev sustav koristi takozvane "površinske zamke", odnosno čip koji na svojoj površini ima ugrađene elektrode, a ioni lebde 50 mikrometara iznad njih.

"Mi vjerujemo da površinske zamke predstavljaju ključnu tehnologiju za skaliranje tih sustava kako bi se omogućile velike količine iona potrebnih za kvantno računalstvo na velikoj skali", navodi Jeremy Sage, koji na ovom projektu surađuje s Johnom Chiaverinijem koji vodi projekt "zarobljavanja iona u procesiranju kvantnih informacija" u Lincoln laboratoriju.

Novi čip je izrađen na supstratu kvarca. Na vrhu kvarca se nalazi mreže valovoda od silicijevog nitrida, koji vode lasersko svjetlo čipom. Iznad valovoda je sloj stakla, a povrh njega elektrode od niobija.

Ispod rupa u elektrodama valovodi se razbijaju u seriju sekvencionalnih grebena koji su precizno izrađeni kako bi usmjeravali svjetlo kroz rupe i koncentrirali ga u dovoljno usku zraku koja će gađati jedan ion 50 mikrometara iznad čipa.

U prototipu čipa znanstvenici evaluiraju performanse difrakcijskih rešetki i ionskih zamki, no ne postoji mehanizam koji bi mogao mijenjati količinu svjetla dostavljenog svakom pojedinom ionu. Tijekom daljeg rada znanstvenici će istraživati mogućnosti dodavanja modulatora difrakcijskim rešetkama kako bi različiti qubiti mogli simultano primati svjetlost različitim, vremenski promjenjivim intenzitetima.

To bi trebalo povećati učinkovitost u programiranju qubita, što je od vitalne važnosti u praktičnim kvantnim informacijskim sustavima budući da je broj kvantnih operacija koje sustav može obavljati ograničen "vremenom koherentnosti" kvantnih bitova.

Znanstvenici navode da je ovo tek prva demonstracija nove tehnologije koja nudi velike mogućnosti unaprjeđivanja, no kažu da kao prvi korak predstavlja "divno djelo".

Izvor: MIT