A Yale Egyetem fizikuscsoportjának hála újabb magasra tornyosuló akadály gördült el a kvantumszámítógép megépítése előtt: a tudósoknak ugyanis sikerült megalkotniuk az első olyan elektronikus kvantumprocesszort, amely már képes egyszerű algoritmusok végrehajtására. „A processzorunk csupán néhány rendkívül egyszerű kvantumos feladatot tud végrehajtani, melyeket korábban atommagok és fotonok segítségével már demonstráltak. Ellenben ez az első alkalom, hogy a folyamatokat egy tisztán elektronikai úton működő eszközzel sikerült bemutatnunk, mely leginkább egy átlagos mikroprocesszorhoz hasonlít” - mondta a Robert Schoelkopf, a Yale Egyetem fizikusa.
Négy az egyhez
Elméleti fizikusok számításaival megtámogatva a kutatócsoport két mesterséges atomot, úgynevezett kvantumbitet (más néven qubitet) hozott létre. Függetlenül attól, hogy a qubitek egyenként milliárdnyi alumíniumatomból épülnek fel, esetünkben mégis egyetlen atomként viselkednek, mely kétféle energiaállapotot vehet fel. Ezek az állapotok megfeleltethetőek a hagyományos informatikában használatos információs alapegységek, a bitek 0 és 1, illetve kikapcsolt és bekapcsolt értékeinek. A kvantummechanika sajátos törvényeinek köszönhetően azonban a tudósok a gyakorlatban képesek úgynevezett szuperpozícióba hozni a qubiteket, vagyis egyazon időben a kvantumbit képes többféle energiaállapotot is felvenni – így a technológia segítségével megtöbbszörözhetnénk a mikroprocesszorok számítási kapacitását, valamint képesek lehetnénk a mai megszokott értékekhez képest lényegesen több információ eltárolására is.
A világ első két qubites kvantumprocesszora
A számítási kapacitás növekedésének megértéséhez példaként képzeljünk el négy különböző telefonszámot, melyek közül egy bizonyos számsorozat tartozik valamely ismerősünkhöz, a többi három pedig ismeretlen hívószám. A feladatunk meglehetősen egyszerű: derítsük ki, melyik telefonszám tárcsázásával érhetjük el cimboránkat. Normális esetben a sikeres megoldáshoz kénytelenek lennénk végigpróbálgatni a telefonszámokat, s csupán a szerencsének köszönhetnénk, ha elsőre beletrafálunk az ismerősünk elérhetőségébe. Ha hisszük, ha nem, a kvantumprocesszor azonban egyetlen próbálkozásból képes megmondani a helyes választ. „Ahelyett, hogy egy telefonhívást dedikálnánk egy adott telefonszámnak, majd egy másikat a következőnek, a kvantummechanika segítségével felpörgetjük az egész folyamatot” – mondta Schoelkopf. „Mintha egyetlen telefonhívással egyszerre próbálhatnánk ki négy telefonszámot, de csak a helyes számsorozaton keresztül jönne létre a kapcsolat” – tette hozzá.
Fénycsatornán beszélgetnek
Ezek a számítások – habár egyszerűnek tűnnek – eddig nem voltak megvalósíthatóak szilárdtest alapú kvantumbitekkel – részben azért, mert a tudósoknak sehogy sem sikerült megfelelően hosszú ideig „életben tartani” a mesterséges atomokat: egy évtizeddel ezelőtt a különféle kvantumállapotokat csupán egyetlen nanoszekundum erejéig sikerült megőrizni, viszont mára a Yale Egyetem kutatócsoportja ezerszer hosszabb ideig, egy mikroszekundumig is képes volt megtartani a qubitek kvantumállapotát – végeredményben ezzel nyílt lehetőség arra, hogy az egyszerű algoritmusokat sikerüljön lefuttatni.
A műveletek végrehajtásához a qubitek úgynevezett kvantumbuszon keresztül kommunikálnak, amely voltaképpen fotonalapú vezetékes kapcsolatot jelent a két kvantumbit között; a speciális csatornát szintén a Yale Egyetem fizikuscsoportja hívta életre két évvel ezelőtt. A két kvantumbites processzor megalkotásához vezető kulcsmozzanat a qubitek hirtelen be- és kikapcsolásának lehetősége volt, így az atomok csak akkor cseréltek egymással rendkívül gyorsan információt, amikor a fizikusok éppen úgy tervezték.
A kutatás következő állomása a kvantumállapot idejének meghosszabbítása és a több qubit kvantumbuszra történő felcsatlakoztatása lesz, így komplexebb algoritmusok végrehajtására nyílik majd lehetőség, hiszen a processzor számítási kapacitása exponenciálisan növekszik mindegy egyes új kvantumbit hozzáadásával. Habár a világ első kvantumszámítógépének megalkotása még hosszú időre álom marad csupán, a két qubites kvantumprocesszor sikeres tesztje kétségkívül biztató eredménynek számít.
