Procesor kwantowy "z prawdziwego zdarzenia"

Naukowcom z Uniwersytetu Yale udało się zbudować pierwszy działający procesor kwantowy typu "solid-state". W eksperymentach przeprowadzonych przez badaczy procesor wykorzystał kwantowe algorytmy do rozwiązania dwóch różnych problemów.

Dwukubitowy procesor zbudowany na Uniwersytecie Yale.

Dwukubitowy procesor zbudowany na Uniwersytecie Yale.

Jak wiadomo, jednostką informacji w klasycznych systemach komputerowych jest bit, który może mieć wartość 0 lub 1. Dwa bity mogą reprezentować jedną z czterech wartości (00, 11, 01, 10), trzy bity - jedną z ośmiu, a jeden bajt (8 bitów) - jedną z 256, itd. Przewaga i potencjał informatyki kwantowej tkwi we właściwościach jednostki informacji kwantowej - kubit może istnieć we wszystkich stanach w tym samym czasie (właściwość ta nazywana jest superpozycją).

Otwiera to drogę to znacznego zwiększenia ilości przechowywanych danych oraz szybkości ich przetwarzania. Informacje przechowywane w bitach są przez procesor przetwarzane sekwencyjnie (w każdym momencie przetwarzany jest tylko jeden bit). Informatyka kwantowa umożliwia przetwarzanie równoległe - wszystkie stany kubita są przetwarzane w tym samym czasie.

Kubity mogą występować także w tzw. stanie splecionym (fizyczne pojecie opisujące stan kwantowy, w którym poszczególne kubity wpływają na stan innych).

Doświadczenia z komputerami kwantowymi trwają od lat. Prace laboratoryjne prowadzono jednak w specjalnych warunkach, tworząc dość skomplikowane systemy wykorzystujące lasery, magnesy, itp. Do stworzenia komputera kwantowego istotnie przypominającego komputer niezbędne jest wykorzystanie ciał stałych.

Takie też zastosowali naukowcy z Yale - zbudowali procesor kwantowy w oparciu o płytki wykonane z tlenku aluminium pokryte warstwą niobu. Materiał ten charakteryzuje się właściwościami nadprzewodzącymi, a uzyskany został w standardowej technologii przemysłowej. Analogie z klasycznymi procesorami nie są jednak takie oczywiste - procesor działa w temperaturze minimalnie wyższej od zera absolutnego (ok. -273,15 stopni Celsjusza) i wymaga specjalnego systemu chłodzącego.

Naukowcy kontrolowali pracę procesora korzystając z mikrofalowych impulsów o częstotliwości wywołującej stan splątania kubitów. System przetworzył dwa kwantowe algorytmy - jeden z nich to algorytm wyszukiwania Grovera, drugi to algorytm Deutsch-Jozsa. Pierwszy z nich bywa nazywany algorytmem odwróconej książki telefonicznej (znamy numer telefonu, ale nie wiemy, komu odpowiada). Mając np. do dyspozycji cztery numery, z których jeden należy do znajomego, w najgorszym wypadku musielibyśmy wykręcić trzy niewłaściwe, zanim dodzwonilibyśmy się do niego. Procesor kwantowy sprawdza wszystkie dostępne możliwości za pierwszym podejściem.

Więcej informacji o osiągnięciu naukowców znaleźć można na stronie Uniwersytetu Yale oraz magazynu Nature.


Zobacz również