Kolejny duży krok ku komputerom kwantowym

Komputery kwantowe mają być rewolucją taką jaką w XX wieku było pojawienie się klasycznych komputerów dając naukowcom dostęp do nieograniczonej wręcz mocy obliczeniowej. Teraz dwóm zespołom naukowców z dwóch końców globu udało się zrobić kolejny ważny krok ku takim maszynom - stworzono kwantowy przełącznik i bramkę logiczną.

W klasycznych komputerach informacje zapisywane są z użyciem bitów - które zawsze reprezentują jeden z dwóch stanów - 0 lub 1 - czyli tranzystorów w stanie włączonym lub wyłączonym. W komputerach kwantowych ekwiwalentem bitu jest kubit - bit kwantowy - który różni się od klasycznego bitu tym, że może znajdować się w dowolnej superpozycji dwóch stanów kwantowych.

Spin górny atomu oznacza 1, a spin dolny 0 - jednak w świecie kwantowym to nie jest takie proste. A wszystko dlatego, że atom w pewnych warunkach może znajdować się w każdym z dwóch stanów jednocześnie. Dlatego moc komputerów kwantowych rośnie wykładniczo, a nie logarytmicznie - przez co 2 kubity pozwalają na przeprowadzenie pracy na czterech wartościach (czyli 0,0; 0,1; 1;1, 1,0), 3 - na 8, 4 na 16 itd. To daje nieograniczone wręcz możliwości w rozwiązywaniu bardzo złożonych problemów - komputer składający się zaledwie z 300 kubitów byłby w stanie przechować tyle liczb ile jest atomów w całym wszechświecie.

Niestety na razie problemem jest łączenie ze sobą większej ilości kubitów ze względu na trudność w utrzymaniu stanu superpozycji - po jego załamaniu komputer kwantowy jest absolutnie do niczego, a obecnie używa się do tego skomplikowanych laserów i ekstremalnie niskich temperatur.

Pracujący niezależnie od siebie badacze z Uniwersytetu Harvarda i Max-Planck-Institut für Quantenoptik stworzyli pułapkę na ciężki atom rubidu pomiędzy dwoma miniaturowymi lustrami, a następnie w kierunku tego atomu wysłali foton. Gdy atom znajduje się w określonym stanie energetycznym foton przechodzi przez lustro, przebywa chwilę w obecności atomu, który wpływa nieznacznie na jego polaryzację po czym odlatuje z powrotem w kierunku, z którego przybył.

Gdy atom rubidu znajduje się w superpozycji może on jednocześnie być i nie być w tym stanie energetycznym, a więc nasz przełącznik jest jednocześnie włączony i wyłączony - foton jednocześnie przechodzi i nie przechodzi przez lustro, a więc ma i nie ma zmienionej polaryzacji, a następnie może on przenieść tę kwantową informację do kolejnego, podobnego kubitu.

W przypadku kwantowej bramki logicznej zaś używa się kilku fotonów i przy użyciu techniki zwanej zamianą splątania powoduje, że wymieniają one ze sobą informacje.

Mimo, że to ważny przełom to do działającego, klasycznego komputera kwantowego jeszcze długa droga - rozwiązaniem pośrednim zdaje się być , ale i tak póki co pozwolić sobie na niego mogą tylko największe ośrodki badawcze świata - korzysta z niego DARPA, NASA i Google.

Źródło: