Naukowcy nauczyli kubity poruszać się po procesorze
Aby komputery kwantowe w końcu wyszły z fazy eksperymentów i stały się urządzeniami użytecznymi komercyjnie, inżynierowie muszą pokonać problem logistyczny.
Do tej pory branża była rozdarta między dwoma światami: systemami, które można dość łatwo produkować na masową skalę, ale które są całkowicie sztywne w konfiguracji, oraz elastycznymi architekturami opartymi na swobodnych atomach, których obsługa przypomina jednak sprzętowy koszmar. Nowe badania publikowane na łamach Nature udowadniają, że nie musimy iść na kompromis i wybierać między skalowalnością a elastycznością.
Kwantowe miasto bez ulic
Aby zrozumieć wagę tego odkrycia, trzeba spojrzeć na to, jak buduje się dzisiejsze procesory kwantowe. Wiodące na rynku układy elektroniczne oparte na tzw. kropkach kwantowych (wykorzystujących spin pojedynczego elektronu) można wytwarzać przy użyciu procesów bliskich klasycznej produkcji chipów. Mają one jednak gigantyczną wadę: po opuszczeniu fabryki, układ ścieżek między kubitami jest sztywny.
Ponieważ stany kwantowe są niezwykle kruche, wymusza to na inżynierach zamykanie się w jednej, wybranej architekturze korekcji błędów na bardzo wczesnym etapie projektowania. Komputer staje się w ten sposób swego rodzaju cyfrowym miastem, w którym nie da się już wybudować ani jednej nowej ulicy, nawet jeśli nagle powstanie na nią ogromne zapotrzebowanie.
Teleportacja w chipie
Odpowiedzią na ten problem jest praca badaczy z Delft University of Technology i startupu QuTech. Zamiast budować zajmujące całe pomieszczenia, skomplikowane systemy laserowe do łapania pojedynczych jonów, zespół udowodnił, że da się fizycznie przesuwać spin elektronu pomiędzy poszczególnymi kropkami kwantowymi prosto na twardym chipie, i to bez utraty tej najcenniejszej, kwantowej informacji.
Podczas testów udało się splątać oddalone stany z 99-procentową skutecznością, udowadniając przy tym, że takie rozwiązanie wspiera klasyczną, kwantową teleportację danych. To tak, jakby inżynierowie nagle znaleźli sposób na poprowadzenie bezbłędnej linii metra wewnątrz dotychczas całkowicie zablokowanej struktury.
Bilet do masowej produkcji
Wizja roztaczana przez badaczy z Holandii brzmi fascynująco i stanowi rzadki przypadek, w którym fizyka kwantowa spotyka się z pragmatyzmem. Zamiast upychać wszystkie operacje w jednym miejscu, przyszłe procesory kwantowe mogłyby posiadać dedykowane „strefy magazynowe” dla uśpionych kubitów oraz „strefy interakcji”. Kiedy algorytm wymagałby konkretnych obliczeń, informacje byłyby przepychane po specjalnych, wbudowanych w procesor torach.
Oczywiście, zanim technologia ta dogoni zaawansowaniem systemy wykorzystywane dziś przez gigantów pokroju Google czy IBM, miną lata. Jednak samo udowodnienie, że jesteśmy w stanie tchnąć mobilność w struktury produkowane masowymi metodami, to duży krok w stronę momentu, w którym komputery kwantowe w końcu wyjdą z laboratoriów i zaczną zarabiać na siebie w komercyjnych serwerowniach. Zainteresowanych pogłębieniem tematu we własnym zakresie, odsyłamy do źródła w Nature.
