Kwantowy komputer, czyli maszyna-widmo

Od mniej więcej trzech lat jesteśmy świadkami prawdziwego wysypu pomysłów, nowych technik i idei, z których każda przybliża nas do momentu powstania prawdziwego kwantowego komputera. Choć moment ten wciąż wydaje się odległy.

Przygotowywanie systemu kriogenicznego komputera Orion

Przygotowywanie systemu kriogenicznego komputera Orion

Krótki przegląd pomysłów

Przedstawienie tutaj wszystkich badań i osiągnięć związanych z informatyką kwantową jest niemożliwie. Spróbujmy przyjrzeć się niektórym z tych najnowszych.

W połowie 2004 roku uczeni z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles donieśli, iż udało im się odwrócić spin elektronu w seryjnie produkowanych układach scalonych. Co więcej, wykryli związane z tym zmiany w przepływie prądu. Po raz pierwszy dokonano takiej operacji na pojedynczym elektronie. Odkrycie to dało nadzieję na wykorzystanie tradycyjnych technologii do budowy układów scalonych.

Niemal 10 miesięcy później inni naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego, tym razem w Santa Barbara, wykorzystali nadprzewodzące złącze Josephsona do stworzenia dwóch splątanych qubitów. Później próbkowali je krótkimi (trwającymi nanosekundy) impulsami elektrycznymi i badali zmiany pola magnetycznego tych cząstek. Udało im się ustalić odpowiednią sekwencję impulsów, która zminimalizowała ryzyko zmiany stanu qubitów.

Wiadomość o ich ustabilizowaniu musiała wpłynąć mobilizująco na innych naukowców, gdyż już w listopadzie 2005 roku dwa niezależne zespoły naukowe (szwedzki oraz fińsko-rosyjski) doniosły, że po raz pierwszy w historii udało im się zmierzyć pojemność złącza Josephsona. Nieco odmiennymi sposobami naukowcy doszli jednak do podobnego wniosku - zastosowana przez nich technologia może posłużyć do odczytania stanu qubitu bez jego zmiany, a tranzystor Josephsona, który powstał przy okazji, może zostać wykorzystany w komputerach kwantowych.

Minął zaledwie miesiąc i dowiedzieliśmy się o kolejnym przełomie. Uczeni z Instytutu Optyki i Informacji Kwantowej w Innsbrucku stworzyli pierwszy kwantowy bajt. Qubajt składał się z ośmiu qubitów. Austriacy, korzystając z pola elektromagnetycznego, schwytali w pułapkę osiem jonów wapnia. Powstały w ten sposób qubajt pozwala na zapisanie macierzy o wymiarach 256 x 256 pól. Macierze takie można będzie prawdopodobnie wykorzystać w komputerach kwantowych.

Niedługo później, już w 2006 roku inny uczony z Innsbrucku zbudował stabilne układy kwantowej pamięci.

W ubiegłym roku akademicy z University of Pittsburgh wyprodukowali "kwantowe kropki", czyli niewielkie struktury z germanu umieszczonego na krzemie. Wewnątrz takich kropek można umieścić pojedyncze elektrony. Z kolei na Ohio University powstała metoda przesyłania światła pomiędzy kwantowymi kropkami, co może zostać wykorzystane jako sposób komunikacji w kwantowych komputerach optycznych.

W połowie ubiegłego roku dowiedzieliśmy się o nowej metodzie pomiaru stanu qubitu przy wykorzystaniu mikrofal. Nie jest ona tak dokładna jak wcześniej wynaleziona technika korzystająca z jonów uwięzionych w polu magnetycznym, jednak, jak przyznają specjaliści, kryje się w niej znacznie większy potencjał i ma szanse być wykorzystaną w praktyce.

W międzyczasie przeprowadzono udane próby teleportacji stanu kwantowego pomiędzy cząstkami i samych cząstek, a wspomniany na wstępie profesor Christoph Boehme milion razy ulepszył metodę odczytania stanu kwantowego cząstek przy pomocy rezonansu magnetycznego. Jego zespół odczytał wspólną wartość dla 10 000 elektronów i atomów fosforu umieszczonego na krzemie. Poprzednie próby dawały wynik dla 10 miliardów cząstek.

Boehme w swoim eksperymencie wykorzystał prąd elektryczny, atomy fosforu, kryształy krzemu, ciekły hel, pole magnetyczne i mikrofale. Dobrze oddaje to skalę skomplikowania prac nad kwantowym komputerem.

Musimy bowiem pamiętać, że wszystkie opisane powyżej eksperymenty zostały przeprowadzone jedynie w warunkach laboratoryjnych.