Oamenii de ştiinţă au construit un ‘hibrid’ funcţional poartă logică pentru utilizare în computerele cuantice

Iată cum se va rezolva problema de memorie cuantică.

În timp ce calculatoarele utilizate astăzi sunt tot mai aproape de limita lor teoretică, pentru început scopul este, de a construi un aparat care poate valorifica cu adevărat puterea de procesare fără precedent al calcului cuantic.

Şi acum două echipe de cercetare au demonstrat în mod independent cum atomii încurcaţi (se referă la Entanglement cuantic – Încurcătura cuantică ) de la elemente diferite pot rezolva problema de erori a memoriei cuantice în timp ce funcţionează într-un cadru poartă logică şi, de asemenea, va trece testul important al entanglementului adevărat.

„Computerele cuantice hibride oferă avantaje unice pentru ca diferite tipuri sistemice cuantice să fie exploatate împreună într-o singură platformă”, a spus autorul principal Ting Rei Tan.

„Fiecare specie de ioni este unică şi unele dintre ele sunt potrivite pentru anumite sarcini, cum ar fi stocarea de memorie, în timp ce altele sunt potrivite pentru a oferi interconectări pentru transferul de date de la distanţă între sisteme”.

În calculatoarele pe care le folosim astăzi, datele sunt prelucrate şi stocate ca biţi binari, unde fiecare bit individual are una din două stări accesibile, 0 sau 1.

Deoarece aceste stări sunt stabilite, există doar o cantitate finită de informaţii care pot fi procesate şi noi ne apropiem rapid de punctul în care acest lucru va insuficient.

Computerele cuantice, pe de altă parte, stochează datele ca qubiţi, care pot fi într-o stare 0 sau 1, sau pot lua o altă stare numită suprapoziţie cea ce le permite să fie atât 0 cât şi 1, în acelaş timp.

Vedeţi şi: Calculatoarele cuantice la un pas mai aproape după descoperirea australiană

Dacă vom putea să ne dăm seama cum să construim o maşină care să integreze acest fenomen de prelucrare a datelor, vom avea computere care sunt de sute de milioane de ori mai rapide decât super computerele din ziua de azi.

Qubiţii folosiţi în acestă schemă sunt de fapt ioni atomici (atomi cu un electron eliminat), şi starea lor este determinată de spin (momentul cinetic intrinsec al unei particule), spin în sus este 1, spin în jos este 0.

Fiecare ion este împerecheat, şi în cazul când ionul de control ia starea de superpoziţie, acesta va deveni încurcat (entangled) cu partenerul său, astfel încât tot ce veţi face cu un ion îl va afecta pe celălalt.

Acest lucru poate ridica probleme, mai ales când vine vorba de memorie, nu există nici un sens pentru a stoca şi prelucra a informaţia dacă nu o puteţi reţine cu siguranţă.

Dacă luaţi un sistem întreg construit pe perechi de aceeaşi ioni atomici, sunteţi deschis pentru erori constante, pentru că dacă un ion este afectat de o defecţiune, acest lucru va afecta, de asemenea, partenerul său.

Folosind în acelaş timp aceeaşi ioni în pereche face dificilă efectuarea de funcţii separate pentru ei.

Deci, cercetătorii de la Universitatea Oxford din Marea Britanie şi a doua echipă de la Institutul Naţional de Standarte şi Tehnologie ( Institute of Standards and Technology – NIST) cu Universitatea din Washington, şi-au dat seama ce combinaţii de elemente diferite pot funcţiona împreună ca perechi într-o schemă cuantică.

„Fiecare ion prins este utilizat pentru a reprezenta un ‘bit cuantic’ de informaţie. Stările cuantice ale ionilor sunt controlate cu impulsuri de laser de durată şi frecvenţă precisă”, spune unul din cercetători, David Lucas de la Universitatea din Oxford.

„Sunt necesare două specii diferite de ioni în computer: una pentru a stoca informaţii, un ”qubit memorie’ şi unul pentru a lega diferite părţi ale calculatorului împreună prin fotoni, ‘un qubit interfaţă’ „.

În timp ce echipa de la Oxford a realizat acest lucru, folosind izotopi diferiţi de calciu (răspânditul izotop calciu-40 şi izotopul rar calciu-43), a doua echipă a mers chiar mai departe prin împerecherea unor atomi complect diferiţi, magneziu şi beriliu.

Fiecare din care este sensibil la diferite lungimi de undă de lumină, cea ce înseamnă că lovirea unuia cu un impuls laser pentru a controla funcţiunea sa nu va afecta partenerul său.

Echipele au continuat să demonstreze pentru prima dată că aceste perechi ar putea avea a stările 0,1, sau de superpoziţie controlate de două tipuri diferite de porţi logice, numite poarta CNOT şi poarta SWAP.

Porţile logice sunt componente esenţiale ale oricărui circuit digital, pentru că sunt în măsură să înregistreze două valori de intrare şi să furnizeze o nouă eşire bazată pe logica programată.

„O poartă CNOT loveşte al doilea (ţinta) qubit dacă primul (control) qubit este un 1; sau dacă acesta este un 0, qubitul ţintă rămâne neschimbat”, explică comunicatul de presă NIST.

„Dacă qubitul de control este în superpoziţie, ionii devin încâlciţi. Poarta SWAP schimbă starea qubit, inclusiv superpoziţia”.

Echipa din Oxford a demonstrat că ionii se asociază în această schemă pentru aproximativ 60 de secunde, în timp ce echipa NIST/Washington a reuşit să reţină entaglementul lor pentru 1.5 secunde. Nu pare prea mult, dar aceasta este relativ stabil atunci când vine vorba de qubiţi.

„Ambele echipe au confirmat că cei doi atomi sunt încurcaţi (entagled) cu o probabilitate foarte mare; 0.998 pentru unul, 0.979 pentru celălalt (din maximul unu posibil)”, a declarat John Timmer pentru Ars Technica.

„Echipa NIST chiar a arătat că ei ar putea urmări atomul de beriliu dacă el şi-a schimbat starea prin observarea stării atomului de magneziu”.

Mai mult, ambele echipe au fost capabile de a efectua cu succes un test Bell prin utilizarea porţii logice pentru a încurca perechile diferitor specii de ioni, pentru ca mai apoi ai evalua şi măsura în mod independent.

„Noi am arătat că porţile logice cuantice între diferite specii izotopice este posibilă, pot fi puse în acţiune de un sistem relativ simplu şi pot lucra cu o precizie dincolo de aşa numitul „pragul-toleranţă la erori” precizie de aproximativ 99%, precizie necesară pentru punerea în aplicare a tehnicilor de corectare a erorilor cuantice, fără care un computer cuantic cu dimensiuni utile nu poate fi construit”, a spus Lucas într-un comunicat de presă a Oxford.

Desigur, noi nu avem calculatoare cuantice corespunzătoare pentru a testa de fapt aceste componente în cadrul unui sistem funcţional, acesta va fi următorul pas şi echipele internaţionale de oameni de ştiinţă şi ingineri sunt pe cale de a ne aduce aici. Noi mai putem aştepta pentru a vedea ce vor face.

Anunțuri