Η γρηγορότερη πύλη 2 κβαντοδυφίων στην Άγρια Δύση (βίντεο)

Posted on 22/07/2019

0



Ομάδα Αυστραλών ερευνητών με επικεφαλής την καθηγήτρια Μισέλ Σίμονς, ανακοίνωσε ένα σημαντικό επίτευγμα στον χώρο των κβαντικών υπολογιστών.

H Σίμονς και η ομάδα της στο University of New South Wales ανακοίνωσαν σε άρθρο που δημοσιεύτηκε στο Nature [A two-qubit gate between phosphorus donor electrons in silicon] ότι ήταν σε θέση να επιτύχουν την πρώτη πύλη (gate) με δύο qubits, μεταξύ qubits ατόμων σε πυρίτιο, πραγματοποιώντας μια λειτουργία σε 0.8 nanoseconds, ~200 φορές ταχύτερα απ’ ότι  άλλες υπάρχουσες πύλες που βασίζονται σε δυο qubits.

Το qubit (κβαντοδυφίο) αποτελεί τη βασική μονάδα μνήμης των κβαντικών υπολογιστών. Στους γνωστούς κλασικούς υπολογιστές η βασική μονάδα πληροφορίας εγγραφής και επεξεργασίας της πληροφορίας στο δυαδικό σύστημα, με τα γνωστά ψηφία 0 και 1, χρησιμοποιείται ο όρος bit (binary digit). Το bit,  στοιχειώδης μονάδα πληροφορίας, αποθηκεύεται σε κάποιο κλασικό φυσικό σύστημα που μπορεί να βρίσκεται σε δυο καταστάσεις όπως: οι δυο κατευθύνσεις μαγνήτισης, οι δυο θέσεις ενός διακόπτη, δυο τάσεις ηλεκτρικού ρεύματος κ.λπ. Στους κβαντικούς υπολογιστές η βασική μονάδα εγγραφής δεν είναι ένα κλασικό σύστημα αλλά κβαντικό. Για παράδειγμα ένα άτομο υδρογόνου στη θεμελιώδη κατάσταση, όπου το μηδέν αντιπροσωπεύεται από την ηλεκτρονιακή κατάσταση με σπιν πάνω και το ένα από την κατάσταση με σπιν κάτω. Συμβολίζουμε την κατάσταση με σπιν πάνω με |0> και την κατάσταση με σπιν κάτω με |1˃. Εφόσον το άτομο είναι ένα κβαντικό σύστημα, εκτός από τις δυο καταστάσεις |0> και |1>, θα είναι επίσης μια πραγματοποιήσιμη κατάσταση και κάθε γραμμικός συνδυασμός της μορφής |ψ> = α |0> + β |1>. όπου α2+ β2=1. Και εδώ βρίσκεται η πηγή της θεμελιώδους διαφοράς μεταξύ ενός κλασικού και ενός κβαντικού υπολογιστή. Ότι στους κβαντικούς υπολογιστές η βασική μονάδα μνήμης μπορεί να βρίσκεται όχι μόνο στις καταστάσεις 0 και 1 αλλά και σε κάθε δυνατή επαλληλία τους. Έτσι στην περίπτωση των κβαντικών υπολογιστών μιλάμε για qubit (quantum bit). Αυτό το χαρακτηριστικό των qubits επιτρέπει την επίλυση προβλημάτων με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα από ό,τι στα bits, οπότε μιλάμε για πολύ μεγαλύτερη επεξεργαστική ισχύ σε σχέση με τους σημερινούς υπολογιστές.

Μία πύλη των δύο qubits λειτουργεί σαν μια λογική πύλη στους συμβατικούς υπολογιστές- και οι ερευνητές του UNSW ήταν σε θέση να επιτύχουν μεγαλύτερες ταχύτητες φέρνοντας τα δύο qubits ατόμων πιο κοντά από ποτέ άλλοτε- μόλις 13 νανόμετρα- και παρατηρώντας και μετρώντας τις καταστάσεις τους σε πραγματικό χρόνο. Ένα ειδικό μικροσκόπιο χρησιμοποιήθηκε για να εναποτεθούν σε πυρίτιο αφού είχε βρεθεί η βέλτιστη δυνατή απόσταση μεταξύ των δύο qubits.

Η σχετική έρευνα είναι σε εξέλιξη εδώ και περίπου δύο δεκαετίες, αφού ερευνητές στην Αυστραλία αποφάσισαν να δημιουργήσουν έναν κβαντικό υπολογιστή σε υλικό πυριτίου. Η Σίμονς είπε στον Guardian Australia πως η απόπειρα δημιουργίας κβαντικού υπολογιστή σε πυρίτιο ήταν μια «τολμηρή ενέργεια», μα έχει αρχίσει να αποδίδει καρπούς.

Η έρευνα δεν έχει προχωρήσει τόσο όσο οι αντίστοιχες της Google και της IBM, που έχουν φτιάξει επεξεργαστές των 72 και των 50 qubits. Ωστόσο η μείωση του error rate αποτελεί «κλειδί» για τον κλάδο, καθώς θεωρείται πως θα αποτελέσει το σημείο καμπής για να περάσουν οι κβαντικοί υπολογιστές σε πραγματικά άλλο επίπεδο σε σχέση με τους σημερινούς υπολογιστές.

πηγή: https://www.naftemporiki.gr/story/1499266/alma-stous-kbantikous-upologistes-apo-australous-epistimoneshttps://newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/200-times-faster-ever-speediest-quantum-operation-yet