Az elszigeteltség előnyei és nehézségei
A kvantumszámítógépek kulcsa az úgynevezett kvantum-összefonódás, amikor részecskék kölcsönhatása révén összetett, egymástól elválaszthatatlan állapotok alakulnak ki. Az UNSW kutatói a foszfor atommagok spinjeiben valósították meg ezt egy szilícium chipen. Érdemes kiemelni, hogy ezek a magspinek a létező legtisztább, legelszigeteltebb kvantumrendszerek közé tartoznak a szilárdtestek világában. Ennek köszönhetően akár 30 másodpercig is stabilan megőrizték a kvantuminformációt – ami a kvantumfizika világában gyakorlatilag örökkévalóságnak számít.
Ettől függetlenül éppen ez az elszigeteltség jelentette sokáig a skálázhatóság akadályát, hiszen a magspinek nehezen lépnek kapcsolatba egymással. Ez mindeddig azt jelentette, hogy nagy számú összefonódás csak akkor volt lehetséges, ha a magok rendkívül közel helyezkedtek el, ugyanabban az elektronfelhőben, ami korlátozta a bővíthetőséget.
Elektronok, mint kvantumtelefonok
A kutatók azonban most áttörtek ezen a korláton. Az elektronokat afféle kvantumtelefonként használták, amelyek segítenek a távolabb lévő atomi magokat is összekapcsolni. Az elektron kvantummechanikai természetéből adódóan képes „szétterülni” a térben, és így egyszerre több atomi maghoz is kapcsolódni. Az UNSW csapata ezt a jelenséget használta ki: két magot egymástól 20 nanométeres távolságban is sikerült összefonniuk.
Ha ezt a 20 nanométeres távolságot arányítanánk: ha az atomi magokat ember méretűre nagyítanánk, akkor a két ember közötti távolság olyan lenne, mintha Sydney és Boston között lenne.
Áttörés a gyártástechnológiában
Érdemes megjegyezni, hogy a 20 nanométeres nagyságrend pont az a méret, amelyen a legtöbb modern szilíciumchipet is gyártják – az okostelefonjainkban és laptopjainkban található több milliárd tranzisztor is ilyen méretű. Emiatt a kutatás nem csupán elméleti jelentőségű: a fejlesztés közvetlenül alkalmazható a globális, ezermilliárd forintos félvezetőipar meglévő gyártási eljárásaihoz. A foszfor atomokat Melbourne-ben ültették be ultra-tiszta szilíciumba – ezt a típust Japánból kapták, a világ egyik legfejlettebb szilícium-kutató műhelyéből.
A kvantumszámítógépek skálázható jövője
Az új eljárás lényege, hogy most már nincs szükség arra, hogy több atommag ugyanahhoz az elektronhoz kapcsolódjon. Így jelentősen egyszerűbbé válik a rendszer nagyléptékű felépítése. Az elektronok könnyen mozgathatók, és speciális alakra „formálhatók”, amivel akár a kommunikáció ki- és bekapcsolása is gyorsan, pontosan vezérelhető.
Mindezek tükrében világos, hogy a kvantumszámítógépek egyik legfőbb akadályát sikerült leküzdeni. A mostani kísérlet ugyan még csak két maggal, illetve két elektronnal valósult meg, de a technika könnyen bővíthető – így akár nagy hálózatok is létrehozhatók, amelyeket már a meglévő gyártástechnológiákkal lehet előállítani.
Az új módszer tartóssága, alkalmazhatósága és magas fokú vezérelhetősége lehetővé teszi, hogy a kvantumszámítógép valódi, ipari léptékű valósággá váljon – a szilíciumchipjeinkből pedig a jövő szuperszámítógépei szülessenek meg.
