Potraga za idealnim kvantnim bitom: Novi proboj kubita mogao bi revolucionirati kvantno računarstvo
Bez sumnje gledate ovaj članak na digitalnom uređaju čija je osnovna jedinica informacija bit, ili 0 ili 1.
Nova kubit platforma mogla bi da transformiše kvantne informacione nauke i tehnologiju
Naučnici širom sveta se utrkuju da razviju novi tip računara zasnovanog na korišćenju kvantnih bitova, ili kubita. U radu objavljenom 4. maja 2022. u časopisu Nature, tim predvođen U.S. Department of Energy’s (DOE) Argonne Nacionalnom laboratorijom, najavio je stvaranje nove kubit platforme formirane zamrzavanjem neonskog gasa u čvrstu materiju na veoma niskim temperaturama, prskajući elektrone iz filamenta sijalice na čvrstu materiju i zarobljavanjem jednog elektrona. Ovaj sistem ima potencijal da se razvije u savršene gradivne blokove za buduće kvantne računare.
Da bi se realizovao koristan kvantni računar, zahtevi za kvalitet kubita su izuzetno zahtevni. Iako danas postoje različiti oblici kubita, nijedan od njih nije optimalan. Šta bi činilo idealan kubit? Ima najmanje tri vrhunska kvaliteta, prema Dafei Jin-u, naučniku iz Argona i glavnom istraživaču projekta. Može ostati u simultanom 0 i 1 stanju tokom dužeg vremena. Naučnici ovo dugo nazivaju „koherentnošću“. U idealnom slučaju, to vreme bi bilo oko sekunde, vremenski korak koji možemo da uočimo na kućnom satu u našem svakodnevnom životu. Drugo, kubit se može promeniti iz jednog stanja u drugo za kratko vreme. U idealnom slučaju, to vreme bi bilo oko milijarditi deo sekunde (nanosekund), vremenski korak klasičnog kompjuterskog sata. Treće, kubit se može lako povezati sa mnogim drugim kubitima tako da mogu da rade paralelno jedan sa drugim.
Naučnici ovo povezivanje nazivaju zapletom (entanglement). Iako trenutno dobro poznati kubiti nisu idealni, kompanije poput IBM-a, Intela, Google-a, Honeywell-a i mnogih startapa, izabrale su svoje omiljene. Oni uporno teže tehnološkom poboljšanju i komercijalizaciji. „Naš ambiciozni cilj nije da se takmičimo sa tim kompanijama, već da otkrijemo i izgradimo fundamentalno novi kubit sistem koji bi mogao da dovede do idealne platforme“, rekao je Jin. Iako postoji mnogo izbora tipova kubita, tim je izabrao najjednostavniji – jedan elektron. Zagrevanje jednostavne svetlosne niti koju možete pronaći u dečjoj igrački može lako da izbaci neograničene količine elektrona. Jedan od izazova za bilo koji kubit, uključujući i elektron, je da je veoma osetljiv na smetnje iz svog okruženja. Stoga je tim izabrao da uhvati elektron na ultračistu čvrstu neonsku površinu u vakuumu.
Neon je jedan od nekoliko inertnih elemenata koji ne reaguju sa drugim elementima. „Zbog ove inertnosti, čvrsti neon može poslužiti kao najčistija moguća čvrsta supstanca u vakuumu za smeštaj i zaštitu bilo kojih kubita od ometanja“, rekao je Jin. Ključna komponenta u timskoj kubit platformi je mikrotalasni rezonator veličine čipa napravljen od superprovodnika (mnogo veća kućna mikrotalasna pećnica je takođe mikrotalasni rezonator). Superprovodnici — metali bez električnog otpora — omogućavaju elektronima i fotonima da međusobno komuniciraju na skoro apsolutnoj nuli uz minimalan gubitak energije ili informacija. „Mikrotalasni rezonator pruža način da se očita stanje kubita“, rekla je Kejter Murč, profesorka fizike na Vašingtonskom univerzitetu u Sent Luisu i koautor rada. „Koncentriše interakciju između kubita i mikrotalasnog signala. Ovo nam omogućava da izvršimo merenja koja govore koliko dobro kubit radi.”
Sa ovom platformom, postignuta je, po prvi put ikada, snažna sprega između jednog elektrona u okruženju skoro vakuumu i jednog mikrotalasnog fotona u rezonatoru, što otvara mogućnost korišćenja mikrotalasnih fotona za kontrolu svakog elektronskog kubita i povezivanje mnogih od njih u kvantni procesor. Tim je testirao platformu u naučnom instrumentu zvanom frižider za razblaživanje, koji može da dostigne temperature od samo 10 mili stepeni iznad apsolutne nule. Tim je izvršio operacije u realnom vremenu sa elektronskim kubitom i okarakterisao njegove kvantne osobine. Ovi testovi su pokazali da čvrsti neon obezbeđuje robusno okruženje za elektron sa veoma niskim električnim šumom koji ga ometa. Što je najvažnije, kubit je postigao vreme koherentnosti u kvantnom stanju koje je konkurentno najsavremenijim kubitima. Postoji još jedna prednost ove izvanredne kubit platforme – zahvaljujući relativnoj jednostavnosti platforme elektron na neonu, trebalo bi da bude laka za proizvodnju po niskoj ceni.
Izvor: Scitechdaily
