A Caltech hatalmas kvantumszámítógépe új korszakot hoz az űrkutatásban

A kvantumfölény útján

A kvantumszámítógépek sikere abban rejlik, hogy a hagyományos bitekkel szemben a qubit képes egyszerre két állapotban létezni (szuperpozícióban). Ez a rendkívüli lehetőség megreformálhatja a fizikát, kémiát vagy akár a matematikát is, azonban a qubitek sérülékenysége miatt nagyon nehéz valóban hasznos kvantumgépeket építeni. Hibajavítás céljából a jövő kvantumkomputereihez több százezer qubitre lesz szükség – ezeknek csak egy része hordoz információt, a többi a hibák javítását szolgálja.

6100 csapdába ejtett kvantumbit

A Caltech kutatói lézeres „optikai csipeszekkel” fogtak be és tartottak vákuumkamrában 6100 cézium atomot, hogy megalkossák a világ legnagyobb kvantumbit-rácsát. A kísérlet során egy lézernyalábot 12 000 különálló csipeszre bontottak, így minden atom a saját, pontosan pozícionált fénypontjába került, vizuálisan is kirajzolva az elrendezett kvantumbiteket. Különösen fontos kiemelni, hogy már az is áttörés, hogy a méretnövelés nem ment a minőség rovására: a qubitek szuperpozícióját akár 13 másodpercig is fenn tudták tartani, miközben 99,98%-os pontossággal manipulálták az egyedi qubiteket – ami közel tízszeres javulást jelent a korábbi kísérletekhez képest.

Számítástechnikai zsonglőrmutatvány

A rendszer kulcsa az volt, hogy a kutatók nemcsak össze tudták gyűjteni az atomokat, hanem mozgatták is őket a rácson belül, miközben megőrizték a szuperpozíciót. Ez olyan, mintha futás közben próbálnánk nem kilöttyinteni egy pohár vizet – igaz, itt nem vízről, hanem atomi állapotokról van szó, ráadásul atomi pontossággal kellett egyensúlyt tartani fénycsapdákban. A qubitek mobilitása lehetővé teszi a hatékonyabb hibajavítást, ami előnyt jelent a nehezebben átrendezhető szupravezető qubites rendszerekkel szemben.

Új távlatok az összefonódással

A következő mérföldkő a kvantumos hibajavítás bevetése, amelyhez éppen ilyen méretű tömbök szükségesek. Az információ másolása tilos a kvantumvilágban (a no-cloning tétel miatt), ezért a hibajavítás teljesen új, kreatív elveket kíván. A kutatók most arra készülnek, hogy a kvantumrács qubitjeit összefonják, hiszen az összefonódás adja meg azt a képességet, hogy a rendszer bonyolult kvantummechanikai számításokat is végezzen – egyúttal a természet és az anyag viselkedését is modellezze. Ennek köszönhetően új anyagok tervezése, valamint az univerzum alapvető jelenségeinek leírása is lehetségessé válik.

Összefoglalva elmondható, hogy bár a kvantumszámítógép-iparban több megközelítés (szupravezetők, csapdázott ionok, semleges atomok) is verseng a cél eléréséért, a Caltech mostani áttörése azt mutatja: a semleges atom alapú technológia is valós eséllyel kerülhet a hibajavított, skálázható mesterséges intelligencia-számítógépek élvonalába.

2025, adminboss, www.sciencedaily.com alapján