Elkészült az első kvantumprocesszor

„A processzorunk csupán néhány rendkívül egyszerű feladatot tud végrehajtani, melyeket korábban atommagok és fotonok segítségével már demonstráltak. De ez az első alkalom, hogy a folyamatokat egy tisztán elektronikai úton működő eszközzel sikerült bemutatnunk, ami leginkább egy átlagos mikroprocesszorhoz hasonlít" - mondta a Robert Schoelkopf, a Yale fizikusa.

Négy az egyhez

Elméleti fizikusok számításaival megtámogatva a kutatócsoport két mesterséges atomot, úgynevezett kvantumbitet (más néven qubitet) hozott létre - írta az IT café. Függetlenül attól, hogy a qubitek egyenként milliárdnyi alumíniumatomból épülnek fel, esetünkben egyetlen atomként viselkednek, ami kétféle energiaállapotot vehet fel. Ezek az állapotok megfeleltethetőek a hagyományos informatikában használatos információs alapegységek, a bitek 0 és 1 értékeinek. A kvantummechanika törvényeinek köszönhetően 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 számítási kapacitás növekedésének megértéséhez képzeljünk el négy különböző telefonszámot, melyek közül egy számsorozat tartozik egy ismerősünkhöz, a többi három pedig ismeretlen szám. A feladatunk egyszerű: derítsük ki, melyik telefonszám tárcsázásával érhetjük el a cimboránkat. Normál esetben a sikeres megoldáshoz kénytelenek lennénk végigpróbálgatni a telefonszámokat, és a szerencsének köszönhetnénk, ha elsőre beletrafálunk az ismerős elérhetőségébe. 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".

Fénycsatornán beszélgetnek

Ezek a számítások, bár egyszerűnek tűnnek, eddig nem voltak megvalósíthatóak szilárdtest alapú kvantumbitekkel. A tudósoknak nem sikerült megfelelően hosszú ideig stabil állapotban tartani a mesterséges atomokat: egy évtizeddel ezelőtt a kvantumállapotokat csupán egyetlen nanoszekundum erejéig sikerült megőrizni, viszont mára a Yale 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, ami fotonalapú vezetékes kapcsolatot jelent a két kvantumbit között; a speciális csatornát szintén a Yale fizikuscsoportja alkotta meg először 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 információt, amikor a fizikusok éppen úgy tervezték.

A kutatás következő állomása a kvantumállapot idejének meghosszabbítása és a több qubit kvantumbuszra csatlakoztatása lesz, így bonyolultabb algoritmusok végrehajtására nyílik lehetőség, hiszen a processzor számítási kapacitása exponenciálisan növekszik mindegy egyes új kvantumbit hozzáadásával. Bár a világ első kvantumszámítógépének megalkotása még hosszú időre álom marad, a két qubites kvantumprocesszor sikeres tesztje biztató eredmény.