Tajemniczy komputer kwantowy, o przytłaczającej mocy obliczeniowej, mogący łamać najlepsze szyfry elektryzuje świat nauki od dawna. Naukowcy z Uniwersytetu z Yale zbudowali i przetestowali działający procesor kwantowy, zbliżając nas do tych upiornych maszyn.
Komputery jutra mogą być kwantowe, nie klasyczne - uważa "Nature", publikując artykuł o najnowszym dziele naukowców z Yale. Komputer taki będzie oparty o najbardziej zagadkowe zjawiska fizyki - zasady mechaniki kwantowej.
Czym to się różni?
Leonardo DiCarlo, fizyk z Yale University z zespołem stworzyli pierwszy działający półprzewodnikowy procesor, oparty na technologiach podobnych do tych wykorzystywanych w budowie klasycznych procesorów krzemowych.
Na czym polega różnica w funkcjonowaniu procesorów? Otóż klasyczny układ stosuje serię zer i jedynek czyli bitów, do przetwarzania informacji. Dwa bity mogą funkcjonować w różnych kombinacjach - 00, 11, 01, 10.
System kwantowy ma natomiast niezwykłą właściwość nazwaną superpozycją. Oznacza to, że wszystkie kombinacje bitów mogą istnieć w jednym momencie. Korzystanie z tego fenomenu mechaniki kwantowej pozwala na gigantyczne zwiększenie mocy obliczeniowej komputera.
Stworzyliśmy bardzo prosty procesor kwantowy, ale nie jest to komputer kwantowy. Leonardo DiCarlo, Yale University
Takie kwantowe bity (kubity) mogą też być ze sobą splątane. Splatanie zachodzi, gdy stan jednego kubitu wpływa na stan drugiego, nawet na znacznym dystansie. W latach 90. XX wieku grupa Gisin'a z Genewy udowodniła za pomocą eksprymentu istnienie splątania pomiędzy fotonami, odległymi od siebie o kilkanaście kilometrów, w innym eksperymencie splątanie zaobserwwano na odległości 144 km (wyspy La Palma i Teneryfa). Komputer kwantowy wykorzystywałby również tą właściwość.
Rzeczywisty procesor
Kwantowe algorytmy były już wcześniej przetwarzane, ale zachodziło to w specjalnych warunkach - stosując światło lasera czy jony zawieszone pomiędzy potężnymi magnesami. Aby można było stworzyć coś bardziej podobnego do komputera, trzeba jednak zbudować procesor w technologii podobnej do tej z budowy klasycznych procesorów, opartych na tranzystorze (półprzewodnikowym elemencie elektronicznym).
Udało się to zespołowi z Yale, który stworzył półprzewodnikowy procesor kwantowy. - Tym, co jest wyjątkowe w naszym procesorze, to fakt, że został wykonany w technologii półprzewodnikowej - podkreślił w artykule "Nature". Nowy procesor wymaga jednak specjalnych warunków do funkcjonowania - bardzo niskiej temperatury.
Kwantowy algorytm
Stworzony w Yale system przetworzył podczas testów dwa algorytmy, specjalnie napisane dla systemów kwantowch, między innymi wyszukiwanie. Obydwa zostały wykonane znacznie szybciej, niż zwykle czytamy w raporcie.
- To ważny krok - mówi Hans Mooij z holenderskiego uniwersytetu technologicznego Delft. - Jeśli można było tego dokonać, można też zrobić kolejny krok.
DiCarlo podkreśla jednak: - Stworzyliśmy bardzo prosty procesor kwantowy, ale nie jest to komputer kwantowy.
Teraz zespół z Yale pracuje nad dodaniu kubitów do procesora (póki co są tylko dwa) i więcej mocy obliczeniowej.
Źródło: "Nature"
Źródło zdjęcia głównego: Blake Johnson/Yale University