Υπεραγώγιμα qubit φέρνουν πιο κοντά τους κβαντικούς υπολογιστές

Αυτό το υπεραγώγιμο, επίπεδο κύκλωμα περιλαμβάνει τρία κβαντικά bit, ή qubit   (Φωτογραφία:  IBM Research )

Δύο πειραματικές διατάξεις που παρουσίασε το ερευνητικό τμήμα της IBM δείχνουν να φέρνουν πιο κοντά τους υπολογιστές που αξιοποιούν τις κβαντομηχανικές ιδιότητες της ύλης» για να πετύχουν νέα ρεκόρ επεξεργαστικής ισχύος.

Σε συνέδριο της Αμερικανικής Εταιρείας Φυσικής που πραγματοποιείται στη Βοστόνη, ερευνητές της εταιρείας παρουσίασαν κβαντικές συσκευές που αποτελούνται από υπεραγώγιμα υλικά (υλικά που άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα χωρίς καμία αντίσταση), βασισμένα στις κατασκευαστικές τεχνολογίες που χρησιμοποιεί σήμερα η βιομηχανία ημιαγωγών.

Το βασικό χαρακτηριστικό των νέων διατάξεων είναι ότι αυξάνουν τη διάρκεια των «κβαντικών bit», ή qubit για συντομία, στο χρόνο-ρεκόρ των 200 μικροδευτερολέπτων. Δεν ακούγεται βέβαια πολύ, είναι όμως μια εντυπωσιακή βελτίωση αν σκεφτεί κανείς ότι στα πρώτα πειράματα, πριν από περίπου μια δεκαετία, τα qubit κατέρρεαν σε λίγα δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου.

Όταν το 0 συνυπάρχει με το 1

Στους σημερινούς υπολογιστές, η ελάχιστη ποσότητα πληροφορίας είναι το λεγόμενο bit, το οποίο μπορεί να πάρει είτε την τιμή «0» είτε την τιμή «1».

Στον παράξενο κόσμο της κβαντομηχανικής, όμως, τα σωματίδια μπορούν να βρίσκονται σε δύο καταστάσεις ταυτόχρονα. Και αυτό σημαίνει ότι ένα qubit μπορεί να παίρνει τις τιμές «0», «1», ή «0 και 1» ταυτόχρονα.

Η ιδιότητα αυτή θα επέτρεπε στους κβαντικούς υπολογιστές να εκτελούν πολλούς υπολογισμούς ταυτόχρονα και παράλληλα -θα μπορούσαν για παράδειγμα να «σπάνε» κρυπτογραφημένα δεδομένα σχεδόν ακαριαία, εξετάζοντας ταυτόχρονα όλες τις πιθανές λύσεις στο πρόβλημα.

Όπως επισημαίνει η IBM σε ανακοίνωσή της, τα bit πληροφορίας σε έναν κβαντικό υπολογιστή των 250 qubit θα ήταν περισσότερα από όλα τα άτομα στο Σύμπαν.

^{«Τρισδιάστατη» συσκευή του ενός qubit (Πηγή: IBM Research)}

Η πρώτη από τις δύο συσκευές που παρουσίασε η εταιρεία περιλαμβάνει μόλις ένα qubit, το οποίο αντιστοιχεί σε έναν σχεδόν μικροσκοπικό κόκκο που αιωρείται μέσα σε μια κοιλότητα. Τα σήματα της «τρισδιάστατης» συσκευής διαβάζονται διοχετεύοντας μικροκύματα στους ακροδέκτες.

H δεύτερη συσκευή είναι δισδιάστατη, με την έννοια ότι τα qubit βρίσκονται σε μια επιφάνεια που μοιάζει με συμβατικό τσιπ (και συνδέεται σε ένα PC μέσω καλωδίων). Σε αυτή την περίπτωση, ο αριθμός των qubit αυξάνεται σε 3.

Και στις δύο περιπτώσεις, τα qubit στις πειραματικές διατάξεις διατήρησαν τις κβαντικές τους καταστάσεις για αρκετό χρόνο ώστε να προλάβουν να ολοκληρώσουν απλές λογικές πράξεις.

Στην περίπτωση του δισδιάστατου κυκλώματος, το ποσοστό επιτυχίας στην εκτέλεση των πράξεων έφτασε στο εντυπωσιακό 95%, κυρίως χάρη στην εφαρμογή μεθόδων διόρθωσης λαθών.

Τα λάθη αυτά εμφανίζονται στα κβαντικά συστήματα λόγω παρεμβολών από παράγοντες όπως η θερμότητα, τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία του περιβάλλοντος και τα μικροσκοπικά ελαττώματα των υλικών.

Η αποτελεσματική διόρθωση αυτών των λαθών θα έχει κρίσιμη σημασία για την ανάπτυξη πρακτικών κβαντικών υπολογιστών, προς το παρόν όμως ξεπερνά τις δυνατότητες οποιουδήποτε πειραματικού συστήματος.

Η IBM, πάντως, ελπίζει ότι θα καταφέρει να αυξήσει περαιτέρω το χρόνο ζωής των qubit, να βρει αποτελεσματικό τρόπο για τη διόρθωση των λαθών και, τελικά, να δημιουργήσει συστήματα που περιλαμβάνουν δεκάδες ή και εκατοντάδες qubit.

Όμως χρονοδιάγραμμα για την εμπορική αξιοποίηση της τεχνολογίας ακόμα δεν υπάρχει.

Πηγή: Newsroom ΔΟΛ
 http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/36901.wss