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.

Kwantowy komputer, czyli maszyna-widmo

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.