Calculul cuantic face un mare pas înainte

O echipă internaţională de oameni de ştiinţă a reuşit să menţină starea cuantică a unor qubiţi de memorie timp de 39 de minute. Ar putea părea puţin, dar este de 100 de ori mai mult decât recordul anterior. Este o realizare inovatoare care ar putea deschide calea pentru realizarea unor calculatoare cuantice incredibil de rapide. Spre deosebire de calculatoarele convenţionale şi ale lor „biţi" de date, computerele cuantice folosesc „qubiţi" care reprezintă unitatea lor de măsură pentru cantitatea de informaţie.

Înţelegerea memoriilor cuantice

Prelucrarea datelor cuantice se face prin utilizarea unor particule elementare cum ar fi electronii şi fotonii. Aceste particule, mai exact modul în care ele îşi schimbă sarcina electrică sau polarizarea, pot reprezenta informaţia off/on necesară pentru valorile de 0 şi 1 care sunt utilizate în sistemele binare.

Avantajul qubiţilor este acela că ei pot fi memoraţi într-o stare de superpoziţie cuantică ca urmare a fenomenului de inseparabilitate cuantică, adică ei pot fi atât 0, cât şi 1 în acelaşi timp. Prin urmare, calculatoarele cuantice ar putea efectua mai multe calcule într-un timp mult mai scurt în comparaţie cu calculatoarele din prezent ceea ce înseamnă că ele pot reprezenta computerele viitorului. De fapt, Google şi NASA şi-au unit forţele pentru dezvoltarea calculatoarelor cuantice.

Problema o reprezintă faptul că sistemele cuantice sunt incredibil de dificil de măsurat şi de stabilizat. Ele sunt foarte instabile şi adesea îşi „uită" amintirile în mai puţin de o secundă. Înainte de acest nou record, recent obţinut, oamenii de ştiinţă din domeniul calculatoarelor cuantice reuşiseră să menţină starea unui singur qubit, aflat într-un circuit superconductor, pentru doar 25 de secunde la temperatura camerei sau timp de trei minute în condiţii criogenice. Evident, este puţin pentru realizarea unui sistem de calcul robust la o scară mai mare.

Qubiţii de viaţă lungă

Într-un nou experiment o echipă internaţională condusă de Mike Thewalt din cadrul Simon Fraser University din Canada a folosit o nouă metodă pentru codificarea qubiţilor de informaţie dintr-un sistem pe bază de siliciu aflat la temperatura camerei.

În acest scop echipa lui Thewalt a codificat informaţia în nucleele unor atomi de fosfor prinşi într-o mică bucată de siliciu purificat. Apoi au folosit câmpuri magnetice pentru a înclina spinul acestor nuclee pentru a crea starea de suprapunere cuantică dorită (care produce qubiţii doriţi de memorie). Toate aceste lucruri au fost făcute la o temperatură apropiată de zero absolut, dar atunci când temperatura sistemului a crescut până la o valoare puţin mai mare decât temperatura camerei starea de superpoziţie cuantică s-a păstrat timp de 39 de minute.

În plus, cercetătorii au fost capabili să prelucreze informaţia qubiţilor atunci când temperatura a crescut şi a scăzut din nou spre zero absolut. Şi toate acestea au fost făcute cu ajutorul siliciului.

Cu toate acestea mai sunt de depăşit unele provocări, inclusiv cea legată de faptul că cercetătorii au folosit o formă neconvenţională şi extrem de purificată de siliciu.

BBC subliniază următoarele: „Spinul a aproximativ 10 miliarde de ioni de fosfor care au fost folosiţi în acest experiment a fost adus în aceeaşi stare cuantică. Pentru a efectua calcule fizicienii trebuie să folosească qubiţii aflaţi în diferite stări cuantice şi să controleze modul în care aceştia se cuplează şi interacţionează reciproc". „Pentru a-i putea controla ei trebuie să comunice unul cu altul, ceea ce reprezintă ultima mare provocare rămasă", a declarat dr. [Stephanie] Simmons.

Diferiţi experţi independenţi din domeniul cuantic au spus că noul record reprezintă o „realizare emoţionantă" care a fost prezisă de mult timp. „Acest rezultat reprezintă un important pas înainte în vederea realizării dispozitivelor cuantice", a spus David Awschalom, profesor de spintronică şi informaţie cuantică din cadrul University of Chicago. „Cu toate acestea mai rămân încă multe provocări interesante. De exemplu, ar putea fi posibil să controlăm cu precizie interacţiunea locală dintre electron şi nucleul atomic pentru a permite iniţializarea, înregistrarea şi citirea stărilor de spin nuclear?".

Fără îndoială acesta este un domeniu ştiinţific în curs de dezvoltare şi mai avem încă mult de mers înainte de a avea computere cuantice şi alte dispozitive cuantice pe birourile noastre. Progresul poate fi lent, dar cu toate acestea el are loc.