Komputery kwantowe będą 1000-krotnie mniejsze. Naukowcy znaleźli sposób

Komputery kwantowe różnią się od tradycyjnych komputerów przede wszystkim sposobem, w jaki przetwarzają informacje. Wykorzystują one tzw. kubity - maleńkie “przełączniki", które mogą znajdować się jednocześnie w dwóch stanach - włączonym i wyłączonym. Dzięki temu komputery kwantowe mogą wykonywać wiele obliczeń jednocześnie, co daje im ogromną przewagę nad klasycznymi jednostkami.

Jednym z najbardziej obiecujących sposobów tworzenia kubitów jest użycie fotonów - cząstek światła. Foton może jednocześnie przyjmować stan "włączony" i "wyłączony", ale tylko wtedy, gdy jest splątany z innym fotonem. Splątanie fotonów w porównaniu z innymi cząstkami, np. z elektronami, jest bardzo proste i może być wykonane w temperaturze pokojowej. Z tego powodu wykorzystanie fotonów do tworzenia kubitów wydaje się być opcją obecnie najtańszą, najłatwiejszą i najbardziej praktyczną. 

Głównym problemem w wykorzystaniu fotonów do tworzenia kubitów było do tej pory spadające tempo produkcji tych cząstek wraz ze zmniejszaniem grubości używanych do tego materiałów.

Badacze z Nanyang Technological University w Singapurze (NTU) dokonali jednak przełomowego odkrycia, które może znacznie uprościć i zmniejszyć rozmiary komputerów kwantowych. 

Zespół naukowców pod kierownictwem profesora Gao Weibo znalazł sposób na produkcję splątanych par fotonów z użyciem materiałów o grubości zaledwie 1,2 mikrometra - to około 80 razy cieńsze niż przeciętny ludzki włos. Co więcej, badacze osiągnęli to bez potrzeby stosowania dodatkowego sprzętu optycznego, co znacząco upraszcza cały proces.

Starsze metody produkcji splątanych fotonów opierają się na użyciu grubych kryształów oświetlanych wiązkami laserów. Proces ten jest dość skomplikowany, a same urządzenia zbyt duże, by mogły być zintegrowane w chipy komputerowe. 

Technika opracowana przez naukowców z NTU opiera się na wykorzystaniu dwóch cienkich warstw kryształów tlenodwuchlorku niobu. Dzięki temu, że fotony pokonują krótszą drogę wewnątrz cienkiego materiału, ich synchronizacja jest utrzymywana bez konieczności użycia dodatkowego sprzętu.

Jak zauważa profesor Weibo, nowa metoda może znacznie zmniejszyć rozmiary urządzeń wykorzystywanych w technologiach kwantowych. Obecnie wiele z nich wymaga dużego, trudnego w obsłudze sprzętu optycznego, a nowe rozwiązanie sprawia, że mogą stać się one znacznie mniejsze i bardziej praktyczne.

Profesor Sun Zhipei z Uniwersytetu Aalto w Finlandii porównał splątane fotony do zsynchronizowanych zegarów, które pokazują ten sam czas bez względu na odległość między nimi. Tego typu technologia ma niezwykle duże znaczenie nie tylko dla komputerów kwantowych, ale także dla kwantowej komunikacji, która pozwala na natychmiastowe i bezpieczne przesyłanie informacji, często nazywana jest ona potocznie teleportacją kwantową.

Według profesora Zhipei metoda opracowana przez zespół z NTU to istotny krok naprzód, który może umożliwić miniaturyzację i szerszą integrację technologii kwantowych. Wprowadzenie mniejszych i bardziej efektywnych systemów z pewnością będzie mieć istotny wpływ na rozwój komputerów kwantowych oraz bezpiecznej komunikacji.

Zespół naukowców z NTU planuje jednak dalej optymalizować swoje odkrycie. Jednym z pomysłów jest wprowadzenie drobnych wzorów i rowków na powierzchni warstw tlenodwuchlorku niobu, co mogłoby zwiększyć ilość produkowanych fotonów. Kolejnym krokiem jest sprawdzenie, czy łączenie warstw tlenodwuchlorku niobu z innymi materiałami mogłoby poprawić wydajność całego procesu.

***

Bądź na bieżąco i zostań jednym z 90 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!