Naukowcy robią krok naprzód w dziedzinie obliczeń kwantowych

Naukowcy z Wielkiej Brytanii i USA w piątek opublikowali dokument opisujący odkrycia, które mogą sprawić, że w pełni funkcjonalny komputer kwantowy będzie o krok bliżej rzeczywistości.

Komputery kwantowe, które były badane od dziesięcioleci, tradycyjnie miały problem przechowywania danych w spójnym formacie, co utrudnia uruchamianie programów lub zadań obliczeniowych. Naukowcy znaleźli sposób na zachowanie elektronów, które przechowują dane dłużej, co pozwala systemowi bardziej spójnie przetwarzać dane i wydajniej uruchamiać programy.

Chociaż komputery kwantowe są w fazie rozwoju, mogą zrewolucjonizować oblicze komputerów. Za kilka sekund komputery kwantowe mogą wykonywać zadania, które dziś nie są możliwe do zrealizowania przez superkomputery. Obliczenia kwantowe wykorzystują materię - atomy i molekuły - do przetwarzania ogromnych ilości zadań z prędkością superkomputerową, ponieważ dane są przechowywane i dzielone w większej liczbie stanów niż zwykłe stany binarne 0 i 1.

Obliczenia kwantowe są oparte na prawach mechaniki kwantowej, która bada interakcję i zachowanie materii na poziomie atomowym i subatomowym - protonowym, neutronowym i elektronowym. Rozwiązując znane problemy z zakresu obliczeń kwantowych, naukowcy są w wyścigu, aby zbudować w pełni sprawny komputer kwantowy.

Istnieje wiele komputerowych projektów kwantowych, które przechowują dane na różne sposoby, powiedział Gavin Morley, jeden z autorów artykułu i badacz w London Centre for Nanotechnology, będącym joint venture pomiędzy University College London i Imperial College London. Morley pracował z naukowcami z kilku instytucji, w tym University of Utah w Salt Lake City. Naukowcy wykorzystali stany magnetyczne elektronów do przechowywania danych.

Bity kwantowe muszą wirować, aby uruchomić program, ale czasami jakość elektronów ulega degradacji, wysyłając je do niepożądanych stanów - nazywanych szumem kwantowym - które mogą stanowić problem ponieważ użytkownicy mogą stracić kontrolę nad uruchomionym programem. Poprzez zastosowanie pewnego pola magnetycznego naukowcy wykorzystali prąd do określenia stanu elektronu bez wywoływania zakłóceń, dając im 5 000 procent dłuższe życie niż jakikolwiek inny podobny eksperyment, powiedział Morley.

Badania grupy skupiły się na atomy fosforu w krzemie. Najlepsze próby poprzedziły przepływ prądu przez elektrony przez małe przewody elektryczne, ale to spowodowało wiele szumu kwantowego, usuwając kluczową zaletę materiału, powiedział Morley.

Naukowcy mają nadzieję, że ich praca pozwoli im zbuduj superkomputer kwantowy, choć może to zająć trochę czasu.

"Nie da się przewidzieć, kiedy i kiedy zostanie zbudowany komputer kwantowy. Mam nadzieję, że zobaczę go w laboratorium badawczym w ciągu najbliższych 15 do 20 lat," powiedział Morley.

Ale poza trudnymi wyzwaniami, komputery kwantowe rozwiążą problemy obliczeniowe, które nękają dzisiejsze komputery, powiedział Morley. "Na przykład, moglibyśmy zasymulować zachowanie dużych cząsteczek biologicznych i leków, aby znaleźć nowe leki", powiedział.

Artykuł ukazał się w publikacji Physical Review Letters.