|
Η επιτυχής κβαντική
διεμπλοκή τριών ηλεκτρονίων από
Αμερικανούς φυσικούς, που αναγγέλθηκε
σήμερα, δείχνει ότι οι φραγμοί στην
ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστών
πέφτουν πολύ γρήγορα.
Μέχρι τώρα, οι ερευνητές
ήταν σε θέση να κάνουν διεμπλοκή μόνο
δύο qubits, τα σωματίδια που απαιτούνται
για να λειτουργήσουν έναν κβαντικό
υπολογιστή. Οι φυσικοί στο
Πανεπιστήμιο του Michigan
στο Αν Άρμπορ, θεωρούν ότι η νέα μέθοδός
τους θα είναι ικανή να παράγει ακόμα
και μεγαλύτερους αριθμούς qubits, ένα
ουσιαστικό βήμα στην πραγματοποίηση
ενός κβαντικού υπολογιστή.
Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύονται
στην σημερινή έκδοση του περιοδικού Nature
Materials.
"Οι επιστήμονες σε όλο
τον κόσμο μάχονται με τα προβλήματα που
καθιστούν πολύ δύσκολο τον κβαντικό
υπολογιστή", είπε ο καθηγητής Steve Prawer,
επικεφαλής στη Μελβούρνης του Κέντρου
για την Τεχνολογία του Κβαντικού
Υπολογιστή.
"Βαθμιαία, γίνεται όλο
και περισσότερο ρεαλιστικό να
σκεφτούμε για το πως θα λειτουργήσει
ένας κβαντικός υπολογιστής", είπε ο
ίδιος. "Υπάρχουν πολλά τεχνικά
προβλήματα που θα υπερνικηθούν, αλλά θα
είναι μάλλον αδύνατον πριν περάσουν
πέντε χρόνια να γίνει δυνατή η
κατασκευή του."
Ένας κβαντικός υπολογιστής
χρησιμοποιεί qubits αντί των δυαδικών
ψηφίων (bits) που χρησιμοποιούνται από
έναν κλασσικό ψηφιακό υπολογιστή. Τα bits
παράγονται από μικροσκοπικά transistor που
δουλεύουν σε δύο καταστάσεις, on και off.
Ένα qubit δουλεύει επίσης
και στις δύο καταστάσεις, on και off. Αλλά
όπως με τα περισσότερα πράγματα στον
κβαντικό κόσμο, εκτός κι αν
παρατηρείται, ένα qubit μπορεί να είναι
μια κατάσταση που να περιλαμβάνει και
τις δύο αυτές καταστάσεις συγχρόνως.
"Αυτό σημαίνει ότι σε ένα κβαντικό
υπολογιστή τριών bit , ο κάθε απλός
αριθμός μεταξύ του 0 και 7 θα μπορούσε να
αντιπροσωπευθεί συγχρόνως στον
υπολογιστή", εξηγεί ο Prawer.
Αυτό επιταχύνει πάρα πολύ τους
υπολογισμούς, και η ισχύς αυξάνει
εκθετικά με έναν αυξανόμενο αριθμό bits.
Ένας υπολογιστής τριών bit είναι 23 φορές
γρηγορότερος (ή οκτώ φορές), αλλά ένας
υπολογιστής με επτά bit είναι 27 φορές
γρηγορότερος (ή 128 φορές), και πάει
λέγοντας.
Η βασική λειτουργία ενός κβαντικού
υπολογιστή θα είναι να
παραγοντοποιηθούν οι μεγάλοι αριθμοί,
ένα ουσιαστικό εργαλείο της
κρυπτογράφησης. Η ασφάλεια του
διαδικτύου, συμπεριλαμβανομένων και
των κωδικών πρόσβασης και των
λεπτομερειών από τις πιστωτικές κάρτες,
στηρίζεται στην αποστολή μεγάλων -
συχνά 200 ψηφίων - αριθμών που πρέπει να
παραγοντοποιηθούν για "να
αποκωδικοποιήσουν" τις πληροφορίες
στην άλλη άκρη.
Υπάρχουν δύο βασικά εμπόδια στην
πραγματοποίηση του ονείρου ενός
κβαντικού υπολογιστή. Το ένα είναι να
αποκτηθούν τα qubits για να
επικοινωνήσουν το ένα στο άλλο, μια
διαδικασία που ονομάζεται "διεμπλοκή".
Αυτή η διαδικασία είναι όταν τα
σωματίδια επιδρούν το ένα στο άλλο,
ανεξάρτητα από το πόσο μακριά είναι.
Εάν οι φυσικοί μπορούν να
εκμεταλλευτούν την διεμπλοκή, τότε θα
είναι σε θέση να χτίσουν τις βασικές
"πύλες" που απαιτούνται για τον
υπολογισμό.
"Ο μόνος τρόπος που μπορείτε να
κτίσετε έναν κβαντικό υπολογιστή είναι
εάν έχετε κάποιο έλεγχο της
αλληλεπίδρασης των qubits", αναφέρει ο
Prawer.
Η άλλη πρόκληση είναι να μπορείτε να
δημιουργήσει πολλαπλάσια qubits (ουσιαστικά,
οποιοδήποτε αντικείμενο που μπορεί να
υπάρξει σε δύο καταστάσεις μπορεί να
είναι ένα qubit). Στη νέα έρευνα η ομάδα
χρησιμοποίησε τα ηλεκτρόνια ως qubits.
Μια άλλη ερευνητική ομάδα έχει
κατορθώσει να κάνει επτά qubits
ταυτόχρονα, αλλά η μέθοδός τους δεν
είναι εξελικτική - αυτή δεν μπορεί να
χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσει
αριθμούς των 30 ή 100 qubits, τους αριθμούς
που απαιτούνται για έναν υπολογιστή
για να είναι πραγματικά χρήσιμο.
Το Πανεπιστήμιο της ομάδας του
Μίτσιγκαν χρησιμοποίησε 50 έως 100
παλμούς λέιζερ της τάξης των femtosecond (10-15s)
και άλλες τεχνικές για να
δημιουργηθούν και να ελεγχθούν
καταστάσεις διεμπλοκής των spin σε ένα
σύνολο μη-αλληλεπιδρώντων ηλεκτρονίων
σε ένα κβαντικό πηγάδι. Η μέθοδος θα
μπορούσε σε γενικές γραμμές να
χρησιμοποιηθεί για να κάνει διεμπλοκή
έναν αυθαίρετα μεγάλο αριθμό spins,
ανέφεραν οι ερευνητές.
Τα ηλεκτρόνια έχουν κανονικά τη μία από
τις δύο καταστάσεις του spin (+1/2, -1/2). Αλλά
η κβαντική φυσική μπορεί να
χρησιμοποιηθεί για να δώσει σε ένα
ηλεκτρόνιο περισσότερες από μία
καταστάσεις του spin συγχρόνως. Τα
ηλεκτρόνια μπορούν επίσης "να
διεμπλακούν" έτσι ώστε να
αλληλεπιδρούν με το ένα επίσης να έχει
επιπτώσεις πάνω στο άλλο, ανεξάρτητα
από το πόσο μακριά είναι.
|
