Znajdź zawartość

Podczas odbywającego się właśnie dorocznego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego specjaliści z IBM-a poinformowali o dokonaniu trzech przełomowych kroków, dzięki którym zbudowanie komputera kwantowego stanie się możliwe jeszcze za naszego życia. Jednym z najważniejszych wyzwań stojących przed ekspertami zajmującymi się kwantowymi komputerami jest dekoherencja. To wywołana oddziaływaniem czynników zewnętrznych utrata właściwości kwantowych przez kubity - kwantowe bity. Koherencja wprowadza błędy do obliczeń kwantowych. Jednak jeśli udałoby się utrzymać kwantowe bity przez wystarczająco długi czas można by przeprowadzić korektę błędów. Eksperci z IBM-a eksperymentowali ostatnio z „trójwymiarowymi“ nadprzewodzącymi kubitami, które zostały opracowane na Yale University. Ich prace pozwoliły na dokonanie przełomu. Udało się im utrzymać stan kwantowy kubitu przez 100 mikrosekund. To 2 do 4 razy więcej niż poprzednie rekordy. A co najważniejsze, to na tyle długo by przeprowadzić korekcję błędów na kubitach 3D. Drugi z przełomowych kroków to powstrzymanie dekoherencji zwykłego „dwuwymiarowego“ kubitu przez 10 mikrosekund. W przypadku takich kubitów wystarczy to do przeprowadzenia korekcji błędów. Utrzymanie przez tak długi czas kubitu pozwoliło na dokonanie trzeciego z przełomów. Udało się bowiem przeprowadzić na dwóch kubitach operację CNOT (controlled-NOT) z dokładnością 95-98 procent. To niezwykle ważne osiągnięcie, gdyż bramka CNOT w połączeniu z prostszymi bramkami kubitowymi może być skonfigurowana do przeprowadzenia dowolnej operacji logicznej. Od połowy 2009 roku IBM udoskonalił wiele technik związanych z komputerami kwantowymi. Najprzeróżniejsze aspekty związane z takimi maszynami udoskonalono od 100 do 1000 razy. W sumie wszystkie te techniki są bardzo bliskie spełnienia minimalnych wymagań stawianych przed praktycznym komputerem kwantowym.

Naukowcy z University of Southern California pokazali, w jaki sposób można poradzić sobie z jednym z najpoważniejszych przeszkód, z jakimi zmagają się specjaliści pracujący nad komputerami kwantowymi. Zespół profesora Susumu Takahashiego znacząco obniżył ryzyko pojawienia się dekoherencji. W komputerach kwantowych dane będą zapisywane w postaci kubitów i będą korzystały z praw mechaniki kwantowej. Z praw tych wiemy, że nośnik informacji nie będzie miał ustalonej wartości „0„ lub „1„ jak ma to miejsce w tradycyjnych komputerach. Będzie on przyjmował obie wartości jednocześnie. Obecnie np. w trzech bitach, z których każdy może przyjąć wartość „0„ lub „1„ możemy zapisać 8 różnych kombinacji, jednak w danym momencie zapiszemy tylko jedną z nich i na jednej wykonamy działania. W kubitach możemy zapisać jednocześnie wszystkie 8 kombinacji i jednocześnie wykonać na nich działania. Niestety, poważnym problemem jest fakt, że stany kwantowe są bardzo nietrwałe. Pod wpływem oddziaływania z czynnikami zewnętrznymi kubity tracą stany kwantowe i stają się „zwykłymi" bitami. Już wcześniej uczeni z University of British Columbia, biorąc pod uwagę wszystkie potencjalne źródła dekoherencji, przedstawili je jako funkcję temperatury, pola magnetycznego i stężenia izotopów i wyliczyli, że idealnymi warunkami dla pracy z kubitami są takie, w których uda się 1000-krotnie obniżyć oddziaływanie czynników dekoherencji. Czynniki dekoherencji możemy podzielić na dwie grupy. Jedna z nich to te, które są częściami samego systemu kubitów, a druga to czynniki zewnętrzne, pojawiające się np. z powodu niedoskonałości systemu. Zespół Takahashiego badał pojedyncze kryształy molekularnego magnesu. Magnesy takie są bardzo czyste, co eliminuje dekoherencję zewnętrzną, uczeni mogli się zatem skupić na obliczaniu dekoherencji wewnętrznej. Uczeni wykorzystali silne pole magnetyczne do obniżenia wpływu czynników dekoherencji. Po raz pierwszy byliśmy w stanie dokładnie przewidzieć i kontrolować wszystkie czynniki dekoherencji w złożonym systemie - w tym przypadku była do duża molekuła magnetyczna - mówi Phil Stamp z University of British Columbia. To znacząco zwiększyło siłę sygnału kubitu, co z kolei spowodowało, że jego wykrycie stało się znacznie łatwiejsze - stwierdził Takahashi. Eksperymenty wykazały, że możliwe jest utrzymanie idealnych warunków dla kubitu przez około 500 mikrosekund. To bardzo długo, dlatego też uczeni mówią o przełomie w badaniach nad komputerami kwantowymi.