Νέα βήματα προς την κατεύθυνση του κβαντικού υπολογιστή

16/10/2014

Δύο ερευνητικές ομάδες οι οποίες εργάζονται στα ίδια εργαστήρια στο UNSW Australia ανακάλυψαν ξεχωριστές «λύσεις» προς την κατεύθυνση της δημιουργίας πανίσχυρων κβαντικών υπολογιστών.

Οι ομάδες δημιούργησαν δύο ομάδες κβαντικών bit (qubits)- τα δομικά στοιχεία των κβαντικών υπολογιστών- που επεξεργάζονται κβαντικά δεδομένα με ακρίβεια άνω του 99%. Τα αποτελέσματα της δουλειάς των δύο ομάδων δημοσιεύθηκαν ταυτόχρονα στο Nature Nanotechnology.

«Για να γίνουν πραγματικότητα οι κβαντικοί υπολογιστές πρέπει να λειτουργούμε τα bit με πολύ χαμηλά ποσοστά/ ρυθμούς λάθους» αναφέρει ο Άντριου Τζούρακ, Scientia Professor και διευθυντής του Australian National Fabrication Facility στο UNSW. «Ανακαλύψαμε δύο παράλληλους τρόπους για τη δημιουργία ενός κβαντικού υπολογιστή σε πυρίτιο, ο καθένας εκ των οποίων επιδεικνύει αυτή την εκπληκτική ακρίβεια» προσθέτει ο Αντρέα Μορέλο, επίκουρος καθηγητής της σχολής Ηλεκτρολογίας Μηχανολογίας και Τηλεπικοινωνιών του UNSW.

Οι δύο ομάδες, οι οποίες συνεργάζονται επίσης με το ARC Centre for Excellence for Quantum Computation&Communication Technology, είχαν επιδείξει σημαντικά επιτεύγματα στο αντικείμενο το 2012 και το 2013. Τώρα, η ομάδα του Τζούρακ βρήκε έναν τρόπο να δημιουργήσει ένα qubit «τεχνητού ατόμου» με μια συσκευή παρεμφερή στα τρανζίστορ πυριτίου που χρησιμοποιούνται στις καταναλωτικές ηλεκτρονικές συσκευές (MOSFET). Ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Μένο Βάιντχορστ, επικεφαλής συντάκτης του paper που περιγράφει το εν λόγω qubit, χαρακτηρίζει «εκπληκτικό το ότι μπορούμε να φτιάξουμε ένα τόσο ακριβές qubit χρησιμοποιώντας σε γενικές γραμμές τα ίδια μέσα που έχουμε στα laptops και τηλέφωνά μας».


Ο Άντριου Τζούρακ, Scientia Professor και διευθυντής του Australian National Fabrication Facility, και ο επίκουρος καθηγητής της σχολής Ηλεκτρολογίας Μηχανολογίας και Τηλεπικοινωνιών του UNSW, Αντρέα Μορέλο με τους Dr. Τζούχα Μαχόνεν και Μένο Βάιντχορστ, μεταδιδακτορικούς ερευνητές και επικεφαλής συντάκτες του paper.


Στο μεταξύ, η ομάδα του Μορέλο σπρώχνει το qubit «φυσικού» ατόμου φωσφόρου στα όρια των επιδόσεών του. Κατά τον Dr. Τζούχα Μαχόνεν, μεταδιδακτορικό ερευνητή και επικεφαλής συντάκτη του paper, «το άτομο φωσφόρου περιέχει στην ουσία δύο qubit: το ηλεκτρόνιο και τον πυρήνα. Ειδικά με τον πυρήνα έχουμε πετύχει ακρίβεια κοντά στο 99,99%. Αυτό σημαίνει ένα λάθος για κάθε 10.000 κβαντικές διεργασίες». Όπως επισημαίνει ο Τζούρακ, αν και υπάρχουν μέθοδοι διόρθωσης λαθών, η αποτελεσματικότητα είναι εγγυημένη μόνο εάν λαμβάνουν χώρα λιγότερο από το 1% των περιπτώσεων. «Τα πειράματά μας είναι ανάμεσα στα πρώτα σε στερεά κατάσταση και τα πρώτα που έγιναν ποτέ σε πυρίτιο, τα οποία πληρούν αυτές τις προδιαγραφές».



Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές είναι η δημιουργία ζευγών εξαιρετικά ακριβών κβαντικών bit. Οι μεγάλοι κβαντικοί υπολογιστές αναμένεται να αποτελούνται από χιλιάδες ή εκατομμύρια qubit και πιθανώς να ενσωματώνουν τόσο φυσικά όσο και τεχνητά άτομα.

Η ομάδα του Μορέλο πέτυχε επίσης παγκόσμιο ρεκόρ στον «χρόνο συνοχής» για ένα μεμονωμένο κβαντικό bit που κρατήθηκε σε στερεά κατάσταση. Ο χρόνος συνοχής είναι το πόσο μπορεί να διατηρηθεί η κβαντική πληροφορία πριν χαθεί. Όσο μεγαλύτερο το χρονικό διάστημα αυτό, τόσο πιο εύκολη είναι η διεξαγωγή μακρών ακολουθιών διεργασιών, και ως εκ τούτου πιο σύνθετων υπολογισμών. Ειδικότερα, η ομάδα ήταν σε θέση να αποθηκεύσει κβαντική πληροφορία σε έναν πυρήνα φωσφόρου για πάνω από 30 δευτερόλεπτα, «μία αιωνιότητα στον κβαντικό κόσμο», όπως επισημαίνει ο Μορέλο.