A kvantumvarázslat kulcsa: az erősítő
A hagyományos számítógépek bitjei csak 0 vagy 1 értéket vehetnek fel, ezzel szemben a kvantumszámítógépek alapegységei, a qubitek egyszerre több állapotot is képviselhetnek: 0-t, 1-et, illetve bármilyen ezek közötti kombinációt. Így egy 20 qubites gép több mint egymillió különböző állapotot tud párhuzamosan kezelni – mindez a szuperpozíciónak köszönhető. Ezért képesek a kvantumszámítógépek jóval bonyolultabb feladatok megoldására, mint a legfejlettebb hagyományos szuperszámítógépek.
Ehhez azonban a qubitek állapotából ki kell tudni olvasni az információt, amit érzékeny mikrohullámú erősítőkkel végeznek. Ezek az eszközök azonban hőt termelnek, ami zavarhatja a qubitek törékeny kvantumállapotát, és adatvesztést is okozhat. A Chalmers kutatói most olyan jelerősítőt fejlesztettek ki, amely jóval kevesebb energiát fogyaszt, miközben pontosságából semmit sem veszít.
Mérföldkő a bővíthető kvantumtechnológiában
Egy kvantumszámítógép teljesítménye a benne található qubitek számával nő, de a bővítés rengeteg új erősítőt is igényel, ami exponenciálisan növeli az energiafelhasználást és a hőtermelést. A most bemutatott, pulzáló üzemmódú erősítő csak akkor lép működésbe, amikor ténylegesen szükség van rá, így drámaian csökkenti a rendszer energia- és hűtésigényét. Ez a fejlesztés kulcsfontosságú abban, hogy nagyobb kvantumrendszerek is stabilan, nagy pontossággal működhessenek.
A Chalmers kutatói egy algoritmus segítségével tervezték meg az intelligens erősítőt, hogy az villámgyorsan, mindössze 35 nanoszekundum alatt reagáljon a beérkező qubit-jelzésre. Eredményüket speciális zaj- és erősítésmérési technikákkal igazolták; ezt a technológiát a Kollberg Laboratóriumban és a Low Noise Factory AB-nél fejlesztették ki Göteborgban.
Háttér, támogatók, jövő
A több éves munka mögött a svéd Wallenberg Kvantumtechnológiai Központ, a Chalmers WiTECH Központja, valamint a Vinnova Smarter Electronic Systems programja állt. A fejlesztésen Yin Zeng és Jan Grahn dolgozott a Chalmersről, valamint Jörgen Stenarson és Peter Sobis a Low Noise Factory AB-től. Az új erősítő technológiája új utakat nyithat a mesterséges intelligenciával támogatott kvantumszámítógépek világában, bár a mindennapi életünkben való elterjedésükig még hosszú az út, de ezzel lényegesen közelebb kerültünk egy stabil, nagy teljesítményű kvantumkorhoz.
