Bliżej kwantowego komputera

Uczeni z University of Utah przybliżyli nas do momentu, w którym zostanie wyprodukowany pierwszy kwantowy komputer. Naukowcy pokazali, jak czytać dane z atomów fosforu umieszczonych na krzemie.

Komputery kwantowe

Na początek wyjaśnijmy ideę działania komputerów kwantowych.

Najmniejszą cząstką informacji wykorzystywaną w komputerach jest bit. Jest on reprezentowany przez 0 lub 1. We współczesnych maszynach informacja, czyli ciąg bitów, przekazywana jest dzięki przepływowi elektronów. Tranzystory w procesorach posiadają przełączniki, które mogą zostać ustawione w pozycji „0” (brak elektronu) lub „1” (elektron obecny). Tak więc za pomocą na przykład trzech bitów możemy stworzyć 8 różnych kombinacji: 1-1-1, 0-1-1, 1-0-1, 1-1-0, 0-0-0, 1-0-0, 0-1-0 oraz 0-0-1. Jednak w danej chwili w tych trzech bitach można zapisać tylko jedną z ośmiu kombinacji.

Komputery kwantowe mają bazować na zjawisku z mechaniki kwantowej, która przewiduje, że ta sama cząsteczka może jednocześnie znajdować się w różnych miejscach, czyli jednocześnie przyjmować obie pozycje 0 i 1. Tak więc trzy kwantowe bity, zwany qbitami, mogą jednocześnie przechowywać wszystkie osiem kombinacji i wykonać na nich operacje. Z tego wynika, że trzybitowy komputer kwantowy będzie ośmiokrotnie bardziej wydajny, niż obecnie stosowane komputery.

Obecnie coraz bardziej powszechnie stosowane są komputery 64-bitowe. A kwantowy komputer operujący jednocześnie na 64 bitach byłby nawet około 18 000 000 000 000 000 000 razy szybszy od współcześnie wykorzystywanej maszyny.

Konstrukcja kwantowego komputera nastręcza olbrzymich trudności, a jedną z nich jest problem z odczytaniem wartości z pojedynczej cząstki zawierającej informacje. Dopiero bowiem taki odczyt będzie przydatny przy obliczeniach dokonywanych przez komputer kwantowy. Dotychczas uczeni próbowali zaprzęgnąć do tego zadania rezonans magnetyczny. Pozwalał on na odczytanie wartości wspólnej dla 10 miliardów elektronów i atomów fosforu.

Profesor Christoph Boehme wraz z zespołem opracowali nowatorski sposób, który pozwala na odczytanie wartości 10 tysięcy elektronów i atomów. Milion razy ulepszyli więc stosowane dotychczas metody. Teraz, by odczytać dane z pojedynczego atomu bądź elektronu "wystarczy” ulepszyć metodę Boehma „jedynie” o 10 tysięcy razy.

Do odczytu danych uczeni wykorzystali przepływ prądu elektrycznego, atomy fosforu, kryształy krzemu, ciekły hel, pole magnetyczne i mikrofale. Dzięki temu udało im się uzyskać dokładny, stabilny odczyt.

Sam Boehme, mimo iż jest bardzo zadowolony z uzyskanych wyników, mówi: Jeśli porównamy prace nad komputerem kwantowym z pracami nad tradycyjnym komputerem, to znajdujemy się na etapie tuż przed wynalezieniem abakusa.

kwantowy komputer qbit bit Christian Boehme University of Utah